超轻多孔材料具有质轻、吸能减震、高比强度及热绝缘等优点,已经被越来越多地应用于航空航天、高速列车、轮船、机械、建筑及军事等领域。随着科技的发展,工程实际中对轻质,高强,高韧性且兼具一定功能的结构和功能双重性能材料的需求越来越迫切,除了对现有材料进行优化设计之外,也需要研究发展更新颖的材料。传统的复合材料是由基体添加一种或多种强化材料复合而成的具有分散、嵌入成分的非均匀材料,如纤维增强复合材料,颗粒复合材料,功能材料等复合材料已经在某些结构上得到应用,但这类增强材料在基体中的集中度和两种材料的相互内部连接程度方面存在局限性。近年来,一种称为互穿相复合材料的新材料引起了研究者的关注。IPC是多相材料,其组成部分在其内部成三维空间尺度方向的连续,并以拓扑的形式遍及整个结构。也就是说,基体材料和增强材料这两种独立的成分具有开孔的微结构,且各自在三维空间尺度上都贯穿于所有的微结构。因此,IPC与传统的复合材料完全不同,它的每一种成分在宏观尺度上都体现出其自身的性质,比如一种成分具有强度和韧性,另一种成分则可能增强其刚度、热稳定性、隔声性或电绝缘性等性能。根据实际的需要,选择合适的基体和增强材料就可以得到设计所需要的即满足一定力学性能又具有一定功能的结构功能双重材料。根据不同尺度的贯穿性,IPC可分为分子型和微观型两种。国内外学者研究较多的被称为IPN的树脂互穿复合材料即属于分子型,而金属-陶瓷IPC则属于微观型。金属-陶瓷IPC在宏观尺度上的响应可以更好的处理残余应力问题,金属材料中的拉伸残余应力和陶瓷材料中的压缩残余应力共同作用后可以延迟裂纹的发展,从而增强了IPC的强度。在微观型IPC材料的研究方面,Breslin等发现了以连续陶瓷为三维连通骨架结构的连续陶瓷基复合材料,并用液相位移反应法概括了铝-氧化铝IPC的制备情况,这种IPC呈现出优异的质量密度,热传导性和热膨胀系数,而其刚度和断裂韧度并无明显降低。Zhou等研究了Al2O3-TiC-Al复合的IPC的断裂情况,观察了其断裂形态。王守仁等研究了陶瓷增强Al-Mg合金复合材料的磨损情况,提出了磨损模型,实验结果与模型符合得较好。赵龙志等研究了界面过渡层对SiC-Al复合材料性能的影响,发现界面过渡层降低了复合材料中的残余应力,改善了界面的结合效果,从而提高了复合材料的压缩性能。洪长青等则研究了TiB2-Cu基发汗陶瓷复合材料的抗烧蚀行为,发现该材料具有良好的抗热冲击性能。陈维平等对连续陶瓷基复合材料的研究情况进行了综述,并讨论了其发展趋势。
在树脂中填充空心玻璃微珠复合形成的复合泡沫塑料是一种新型的复合材料。有研究表明,HGB的填入可降低材料的密度,提高其比强度,增强其韧性和吸能效率等性能,但大量添加HGB会使得材料的强度急剧下降,因此,若将复合泡沫与多孔金属再进行复合则有可能得到更理想的材料。已经有研究发现,金属泡沫与纯树脂互穿复合而得的IPC可有效提高材料的力学性能Tilbrook等研究了铝-环氧树脂复合材料的力学性能及疲劳特性,发现IPC材料的疲劳特性更优异。冯西桥等对贯穿多相复合材料的有效弹性和塑性性能进行了研究。于英华等研究了泡沫铝-高分子复合材料的制备及性能,发现其压缩、抗冲击和阻尼性能等都得以提高。金明江等制备了铝/PC树脂/铝合金叠层复合材料,研究了其弯曲、冲击和阻尼性能。Liu和Gong研究了金属-聚合物IPC的静态压缩和能量吸收性能,发现铝-环氧树脂是文中的三种材料中吸能性能相对较好的一种。齐思明等通过数值模拟方法研究了铝-聚氨酯复合材料结构的缓冲性能,发现该复合结构具有良好的缓冲性能,且可承受较大的冲击载荷。Jhaver和Tippur等制备了两种不同的空心玻璃微珠百分比与环氧树脂形成的复合泡沫与铝复合而得的IPC材料,研究了其有效弹性模量,屈服应力,发现其性能比纯复合泡沫更好。可见,关于泡沫铝-环氧树脂及泡沫铝-复合泡沫的研究文献较少,其理论方面的成果也与实验结果还有一定的差异,需要通过更多的实验研究其基本力学性能、动态特性,黏弹性等性能。现有研究通过一系列实验,对泡沫铝-环氧树脂及泡沫铝-复合泡沫IPC的有效弹性模量、屈服极限及应力松弛等方面进行探索研究。(欣然)