原位生長(zhǎng)鈦基復(fù)合材料概述

陶瓷增強(qiáng)體的種類、形貌（晶須或顆粒）、尺寸是影響金屬基復(fù)合材料（MMCs）性能的關(guān)鍵共性基礎(chǔ)科學(xué)問題。本項(xiàng)目研究具有不同形貌與尺寸的原位自生陶瓷顆粒與晶須對(duì)鈦基復(fù)合材料（TMCs）的混雜增強(qiáng)效應(yīng)與機(jī)理。研究原位自生增強(qiáng)TMCs的制備工藝，分析增強(qiáng)體的形貌、尺寸等因素對(duì)復(fù)合材料微觀組織和各項(xiàng)力學(xué)性能的不同影響；從材料學(xué)的角度出發(fā)，研究原位自生顆粒與晶須對(duì)TMCs材料的混雜增強(qiáng)效應(yīng)，并探討其混雜增強(qiáng)機(jī)理；結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析方法建立混雜增強(qiáng)效應(yīng)對(duì)材料不同性能的影響模型，揭示混雜效應(yīng)與材料力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律性。本項(xiàng)研究將對(duì)TMCs性能優(yōu)化起重要指導(dǎo)作用，為采用材料設(shè)計(jì)的思想制備高性能TMCs提供理論基礎(chǔ)與指導(dǎo)，對(duì)促進(jìn)鈦基復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用有重要意義，并對(duì)其它顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備具有參考與借鑒意義。 2100433B

原位復(fù)合材料的概念是Celanese公司的G.Kiss于1987年提出的。這種材料一般是指熱致性液晶聚合物（LCP）與熱塑性聚合物（TP）共混而形成的復(fù)合材料。它是以LCP作為增強(qiáng)劑，TP作為基體就地形成的微纖結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高基體力學(xué)性能的目的。比如國(guó)外，CHEN等研究了聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)與納米CaCO3復(fù)合材料的流變性PBMA/CaCO3復(fù)?合材料是由BMA與MA所沉淀的CaCO3原位共聚合而成，分析比較了BMA/CaCO3混合物和PBMA/CaCO3復(fù)合材料的流變性。結(jié)果表明:BMA/CaCo3混合物的黏性隨CaCO3含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)下同)的增加而有明顯的增大。在復(fù)合材料原位聚合過程中從BMA/CaCO3混合物到PBMA/CaCO3復(fù)合材料反應(yīng)體系的黏度增加了104。國(guó)內(nèi)，董先明等通過原位聚合法制備了炭黑/聚甲基丙烯酸甲酯(CB/PMMA)、炭黑/聚甲基丙烯酸丁酯(CB/PBMA)和炭黑/聚甲基丙烯酸-2-乙基己酯(CB/PEHMA)3種導(dǎo)電復(fù)合材料，研究了這3種聚合物基體對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)電性影響下降趨勢(shì)，多分散性系數(shù)PDI變大，而且炭黑粒子表面發(fā)生了接枝聚合反應(yīng)，這有利于炭黑粒子在聚合物基體中的分散。苑會(huì)林等研究了納米CaCO3原位本體聚合丙烯的方法及其產(chǎn)品的性能。采用經(jīng)表面處理的納米CaCO3和加入聚合釜的方法，經(jīng)在12m3聚合釜的本體聚合生產(chǎn)表明，聚合物產(chǎn)品中納米CaCO3分散均勻，物理性能和熱性能均有所改善，其是機(jī)械性能顯著提高。利用毛細(xì)管流變儀研究了產(chǎn)品的流變行為結(jié)果表明復(fù)合材料的表觀黏度對(duì)溫度的變化不敏感。鄔潤(rùn)德等通過有機(jī)單體原位聚合包覆納米CaCO3與聚丙烯(PP融熔共混合制備了PP/納米CaCO3復(fù)合材料，研究了填料/包覆聚合物比、接枝聚丙烯以及復(fù)合填料含量對(duì)缺口沖擊強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，納米CaCO3只需填加5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))就可以將缺口沖擊強(qiáng)度提高為原樹脂的2倍左右。張廣平等在反應(yīng)器原位分散共聚中加入成核劑和納米CaCO3制備增強(qiáng)型聚丙烯共聚物，增強(qiáng)型共聚物的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和熱變形溫度大幅提高，拉伸強(qiáng)度也有所增強(qiáng)，同時(shí)結(jié)晶峰溫度顯著提高，且半結(jié)晶時(shí)間明顯減少。王平華等對(duì)PP/PMMA/CaCO3納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能進(jìn)行了研究。分別將不同表面處理的納米CaCO3粒子與聚合物PP共混，制備PP/CaCO3和PP/PMMA/CaCO3納米復(fù)合材料。用TEM觀察表面處理后的納米粒子的粒徑及分散情況，發(fā)現(xiàn)復(fù)合粒子分散較均勻。研究了復(fù)合材料的結(jié)晶行為，發(fā)現(xiàn)原位聚合制備的PMMA/CaCO3納米復(fù)合粒子與PP共混后，PP有異相成核作用，出現(xiàn)了不穩(wěn)定的β晶型，PP/PMMA/CaCO3納米復(fù)合材料力學(xué)性能有大幅度的提高 。