張 振,周 玖,周 婕,朱 軍,王安哲,周 琦

（1．南京工程學院材料科學與工程學院，南京211167；2．江蘇省先進結構材料與應用技術重點實驗室，南京211167；3．南京理工大學材料科學與工程學院，南京210094）

陶瓷材料具有高硬度、高強度、極佳的耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等特性，但其本身所固有的脆性，使其作為結構件在使用時面臨著可靠性差、抗破壞能力差等一系列致命傷[1]。金屬材料具有優(yōu)異的韌性和導電傳熱性，但其耐腐性能差、易氧化、高溫強度較低。自然界貝殼中的珍珠層，是由一層層幾微米厚的文石晶片通過幾十納米厚的有機蛋白基連接在一起[2-3]。由碳酸鈣組成的文石晶片是一種非常易碎的物質(zhì)，但是由層狀文石晶片和有機蛋白質(zhì)基質(zhì)連接而成的珍珠層卻具有很強的韌性。這種結構啟發(fā)人們將現(xiàn)有的陶瓷與金屬制備成擁有層狀結構的復合材料，在能量耗散機制的基礎上，通過復合強韌化可顯著提高材料的綜合性能[4-6]。

金屬陶瓷層狀復合材料（laminated metal/ceramics composites，LMCCs）正是在這種契機下應運而生，并在其誕生之后迅速成為復合材料研究領域的熱門課題之一。金屬陶瓷層狀復合材料是將至少一種片狀金屬與陶瓷相交替排列而形成，其中強性層一般選用具有較高強度和彈性模量的結構陶瓷，通常選用 SiC、ZrO2、Al2O3、Si3N4等材料。韌性層一般選用金屬或非金屬的石墨以及高分子材料的樹脂等韌性好的材料[7]，常見的金屬有 Al、Ti、Ni、Fe等。層狀復合材料的綜合性能是由每一個組分的體積分數(shù)、結構特性、尺度要素及各組分間的互溶度共同決定的[8-9]。由于材料結構的特殊性，金屬陶瓷層狀復合材料可以改善材料的疲勞性能、斷裂韌度、阻尼性能，以及抗沖擊性能、抗磨損性能、抗腐蝕性能等[10-13]。

本文綜述 Al基、Ti基、Ni基及其他常見金屬陶瓷層狀復合材料的研究現(xiàn)狀，介紹制備方法、工藝特點和工藝流程；歸納總結金屬陶瓷層狀復合材料失效破壞模式。

1 金屬陶瓷層狀復合材料的種類

圖1 工程材料的強韌性關系的 Ashby 圖Fig.1 Ashby diagram of toughness-strength relationship of engineering materials

圖1 顯示了典型工程材料的強韌性關系[14]，圖2是貝殼典型的層狀結構形貌。將具有耐磨性、抗氧化性、抗腐蝕等優(yōu)異性能的陶瓷相與具有良好韌性的金屬相結合?；谪悮ぬ厥獾膶訝罱Y構，采用仿生理念對材料的成分和微觀結構進行階梯分布設計，可以使傳統(tǒng)金屬和陶瓷均發(fā)揮自身良好的性能。隨著熱等靜壓和等離子燒結技術等的發(fā)展，采用新型技術制備金屬陶瓷復合材料，改善了成型和燒結條件，材料的孔隙率明顯降低，整體性能大大提高[15-16]。目前，最常見的金屬陶瓷層狀復合材料主要為 Ti基、Ni基、Al基、Mg基、Fe基、Cr基、耐熱金屬基、金屬間化物基等，其中以Al基、Ti基、Ni基復合材料發(fā)展較為成熟。

Al基常見于以 Al2O3（氧化鋁）、TiC（碳化鈦）和SiC（碳化硅）等為增強相的疊層復合材料[17-18]，如圖3所示，Wang等[19]采用冰模板法和壓力滲透法制備了不同陶瓷體積分數(shù)的Al/TiC復合材料，證明可以通過改變料漿濃度來控制TiC支架的板層厚度和陶瓷層孔隙率。實驗結果表明，Al/15%TiC（體積分數(shù)，下同）疊層復合材料具有更厚的金屬層和低密度的陶瓷層，可以有效地消除裂紋尖端的應力并以多裂紋擴展方式斷裂。

圖2 貝殼微觀結構形貌及疊層復合結構示意圖 （a）珍珠層截面形貌；（b）表面納米有機蛋白顆粒；（c），（d）珍珠層俯視形貌；（e）珍珠層Fig.2 Schematic diagram of shell microstructure and laminated composite structure （a）cross-section of nacre；（b）nano-organic protein particles on nacre surface；（c），（d）top view of nacre；（e）structure of nacre

圖3 不同TiC含量的Al/TiC層狀復合材料微觀結構Fig.3 Microstructures of Al/TiC laminated composite materials with different TiC contents （a）15%；（b）25%；（c）35%

Ti基復合材料經(jīng)過30多年的研究，在航空航天、汽車工業(yè)等領域應用廣泛。鈦合金與鈦基疊層復合材料中存在著多尺度第二相以及不同的強化相分層分布結構，這種復合材料以原位自生反應形成的TiB晶須、TiC顆粒以及其他陶瓷相作為主要增強相[20-21]。增強相富集區(qū)的這種分層分布降低了裂紋尖端的應力因子和三向應力集中水平，并通過隧道裂紋、裂紋偏轉和壓縮應力增韌等方式，大大提高了材料的韌性和抗沖擊性。圖4是Ti/Al2O3疊層復合材料的橫截面及裂紋擴展示意圖[22]。由圖4可以看出，Ti與陶瓷層界面區(qū)過渡晶粒的出現(xiàn)使各層界面的結合更加緊密，過渡區(qū)使裂紋擴展方式由單一向混合擴展模式轉變，從而使得疊層材料的力學性能優(yōu)于勻質(zhì)材料。

圖4 Ti/Al2O3 疊層復合材料 （a）橫截面形貌；（b）裂紋擴展示意圖Fig.4 Ti/Al2O3laminated composite （a）cross section morphology；（b）crack growth diagram

圖5 Ni-Al疊層復合材料微觀結構及界面層示意圖 （a）疊層復合材料微觀結構；（b）Al原子通過 Al2O3膜擴散；（c）Al和Ni原子通過 Al2O3膜擴散Fig.5 Microstructure and schematic diagram of interface layer of Ni-Al laminated composite materials （a）microstructure of laminated composite materials； （ b） diffusion of Al atoms through Al2O3film； （ c） diffusion of Al and Ni atoms through Al2O3film

Ni基疊層復合材料可用于航空航天、船舶車輛及燃氣輪機關鍵的高溫部件等，主要包括Ni-Cr基和 Ni-Al基[23-24]。如圖 5 所示，Wang 等[25]采用Ni和Al箔軋制出了Ni-Al多層復合材料，并進一步研究了Ni-Al多層復合材料的反應合成機理，結果表明：鎳的引入大大促進了Al2O3陶瓷片層的致密化，增強了Ni-Al的界面結合強度，復合材料具有優(yōu)異的損傷容限和各向異性導電性能。

2 金屬陶瓷層狀復合材料的制備方法

2.1 粉末冶金法（powder metallurgy，PM）

粉末冶金法（PM）是制備LMCCs最常用、最簡單的方法，通常是先成形后燒結，通過調(diào)節(jié)和控制原料粉末的粒度分布、燒結溫度和時間、燒結后收縮的均勻性來獲得緩和熱應力的LMCCs[26-27]，其工藝流程如圖6所示。PM法可分為熱壓燒結法、噴射沉積法、薄膜疊層法和自蔓延高溫合成法等。熱壓燒結法首先根據(jù)不同的混合比均勻地混合原料粉末，然后將它們以梯度分布分層布置，并進行加壓和燒結[28]。該方法具有很高的可靠性，并且適合于制造具有相對簡單形狀的層壓復合部件。噴射沉積可直接獲得具有最佳梯度分布的金屬和陶瓷粉末相組成的預成型坯，然后壓制和燒結以獲得LMCCs，解決了層與層間易產(chǎn)生成分非連續(xù)變化的問題[29]。另外，將不同比例的金屬粉末、陶瓷粉末和黏合劑制成懸浮液，然后噴涂到基材上，通過改變原料粉末的組成比來控制噴涂相的組成，最后形成層壓復合材料。薄膜疊層法是將金屬和陶瓷粉末與少量黏合劑混合，制成漿料并除去氣泡以形成薄膜，最后除去黏合劑進行層壓燒結。其優(yōu)點是每層可以做得很薄，成分變化相對較小。自蔓延高溫合成法是一種制備疊層復合材料的新型技術方法，該方法使用外部點火裝置提供熱量引起燃燒，從而在粉末之間發(fā)生強烈的放熱反應，形成反應前燃燒波，并且燃燒波以一定速度蔓延。當燃燒波蔓延到整個樣品時，所制備的材料合成完成，但整個反應過程僅通過粉末本身的放熱來完成。Meng等[30]利用自蔓延高溫合成法（SHS）制備出了 Fe-Cr-Al基 LMCCs，并對該類型LMCCs進行力學測試和結構表征，結果表明，金屬和陶瓷層間良好潤濕性提高了界面結合強度。Hou等[31]采用此方法制備出了Al基金屬陶瓷疊層材料，通過實驗測試，證明在SHS反應中加入SiO2有利于形成低熔點相Al2O3?SiO2，將其填充到Al2O3樹枝狀晶體的空隙中，降低了復合涂層的孔隙率，從而提高了復合涂層的強度和致密化程度。由此可得出粉末冶金法能夠提供比物理黏合更高的致密度和黏合強度，提高整體復合材料的力學性能。

圖6 粉末冶金制備金屬陶瓷層狀復合材料工藝流程Fig.6 Process flow of preparing metal/ceramic laminated composites by powder metallurgy

2.2 流延成型法（tape-casting）

流延法成型是將溶劑、分散劑、黏合劑、增塑劑等添加到陶瓷粉末中以獲得均勻分散且穩(wěn)定的漿料，最終在流延機上制備具有所需厚度的膜的成型方法，如圖7所示。而對于LMCCs，在采用流延成型法分別制得金屬和陶瓷片層后，通過真空熱壓燒結制備得到層壓樣品。Wu等[32]對采用流延法成型制得的Ti（Al）-B4C疊層樣品進行研究表明，疊層結構通過減小界面上Ti和B4C層之間的接觸面積來限制Ti和B4C相之間的界面反應。相比均勻混合復合材料，層壓復合材料的斷裂韌度提高了約201%。斷裂韌度的顯著提高歸因于多層結構、可延展的Ti層以及裂紋偏轉。

2.3 輥壓軋制法（roll-bonding）

圖7 流延成型法制備金屬陶瓷疊層復合材料示意圖Fig.7 Schematic diagram of preparing cermets laminated composites by tape-casting method

輥壓軋制法通常用來制備片狀LMCCs，工藝流程如圖8所示，其工藝過程為：首先將表面除污后的箔片相互交替疊層，然后在所需的溫度下將其置于軋機上進行軋制和復合。當達到合適的程度時，將材料放入真空擴散爐中，在合適的溫度下進行擴散反應[33]。沈德久等[34]采用軋制擴散法制備了一種新型Al2O3/Al復合板，并分析了其界面結合機理。結果表明壓力、軋制擴散溫度和原材料的加工處理方法等都會影響復合板的結合度。

2.4 磁控濺射法（magnetron sputtering）

磁控濺射法目前廣泛應用于生產(chǎn)納米級尺寸LMCCs，其通過調(diào)節(jié)相關工藝參數(shù)，例如基板的旋轉速度和擋板的閉合時間等，可以制備層間距和層厚比不同的多層復合材料。該方法的優(yōu)點是：工藝簡單，成膜質(zhì)量好。但是由于濺射速度慢，難以制備大尺寸的層狀復合材料，同時難以制備層間界面顯著的層狀復合材料。胡冰等[35]通過磁控濺射法制備了納米β-FeSi2/α-Si疊層結構，結果表明磁控濺射法制備的Fe/Si多層膜中β-FeSi2的粒徑較小，不需要再進行退火和其他處理。圖9是厚度比為Fe（20nm）/Si（100nm）、Fe（10nm）/Si（50nm）和Fe（10nm）/Si（30nm）的三組樣品截面的掃描電鏡形貌，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)通過磁控濺射沉積的三組多層膜具有更好的平坦度和連續(xù)性。

圖8 輥壓軋制工藝示意圖Fig.8 Schematic diagram of roll rolling process

圖9 不同厚度比樣品截面的掃描電鏡形貌Fig.9 Scanning electron microscope morphologies of samples with different thickness ratios （ a） Fe（ 20 nm） /Si（ 100 nm） ；（b）Fe（10nm）/Si（50nm）；（c）Fe（10nm）/Si（30nm）

2.5 滲透鑄造法（penetration casting）

滲透鑄造法分為有壓和無壓兩種，其中有壓滲透包括模壓[36]、氣壓滲透和離心鑄造。圖10為氣體壓力滲透裝置的示意圖[37]。首先將TiC支架和鋁合金置于Al2O3坩堝中，將其封閉在Ni基高溫合金爐中，然后將爐抽至約10Pa的真空，以5℃/min的速率加熱。在加熱到850℃時，熔融金屬密封了坩堝壁，將高純度Ar氣體引入爐中，并將壓力控制在1MPa，這足以將液態(tài)金屬驅(qū)入TiC支架的開放孔中。維持壓力1min左右使合金液充分填充TiC支架，最后以5℃/min的速率將爐冷卻至室溫即制得金屬TiC疊層復合材料。

圖10 氣體壓力滲透裝置的原理圖Fig.10 Schematic diagram of gas pressure permeation device

離心鑄造法是將梯度陶瓷預制塊放入高速旋轉的鑄模中，使其與鑄模一起旋轉。將熔融金屬注入鑄模中，在離心力的作用下將熔融金屬浸漬到陶瓷預成型坯中，以形成在徑向方向上具有梯度分布的LMCCs。付永紅等[38]以鉻絲和球墨鑄鐵為原材料，通過離心鑄造和原位反應法，在球墨鑄鐵基材表面制備出一層厚度為 4.0mm 的（Fe，Cr）7C3碳化物顆粒增強鐵基復合層。由于離心力作用，復合層的結構相對致密且無缺陷，并且實現(xiàn)了復合層與基板之間的冶金結合效果。

無壓滲透法是指通過黏合劑將增強顆粒制成預制框架結構，并將其浸入熔融金屬池中，利用金屬液的毛細現(xiàn)象使其自發(fā)地進入預制框架空隙以獲得LMCCs的方法[39-40]。無壓滲透方法因其工藝簡單且可以生產(chǎn)更大尺寸的構件而受到重視，然而無壓滲透法面臨的最大技術難題是金屬與陶瓷基體之間的潤濕問題。例如在Al熔點溫度附近，Al-B4C之間的潤濕角高達115°～125°，使得浸滲無法自發(fā)進行。Halverson[41]就溫度和接觸時間對Al-B4C之間的潤濕角的影響進行了系統(tǒng)的研究，結果表明Al-B4C之間的潤濕角在溫度不變時與保溫時間成反比。在900℃的氬氣環(huán)境下，Al-B4C之間的潤濕角將降到90°以下。Lin等[42]進一步研究了Al-B4C在900～1200℃之間的潤濕角演變規(guī)律，得出溫度與潤濕角間的函數(shù)關系。結果表明，若要自發(fā)進行無壓浸滲，溫度必須達到1000℃以上。

3 金屬陶瓷層狀復合材料的失效破壞機制

3.1 界面強度

在金屬陶瓷層狀復合材料的制備過程中，界面結合性是決定復合材料質(zhì)量的關鍵因素，其受界面潤濕性、界面缺陷、界面反應等多方面因素的制約，其中潤濕性是影響金屬陶瓷層狀復合材料綜合性能的關鍵因素之一。著名的Young-Dupre方程是研究金屬陶瓷潤濕性的理論基礎，在此基礎上形成了界面研究的體系，總體來說，分為實驗研究和理論研究兩個方面。在實驗研究方面，通常采用滴座法研究各種添加劑和工藝因素對界面潤濕性的影響規(guī)律。李佳等[43]通過脈沖加壓擴散焊制備了由304不銹鋼與TiC組成的復合材料，指出使用Ti/Nb作為中間層可以在一定程度上降低殘余應力，并減輕TiC金屬陶瓷與鋼焊接過程中物理冶金的不相容性。Zi等[44]研究了Ni元素含量對鎳基金屬和陶瓷界面反應和潤濕性的影響，結果表明：當Ni含量高于0.017%（質(zhì)量分數(shù)）時，合金中的Ni和Al與陶瓷模具中的SiO2反應，潤濕角明顯降低；Ni含量的臨界濃度為0.017%，將引起界面反應。在理論計算方面，利用計算機可以實現(xiàn)對大型復雜結構模型的有效模擬和仿真分析，為界面的性能和微觀結構提供有效的理論依據(jù)。王紹青[45]通過對Al/TiC金屬/陶瓷界面進行第一性原理計算和模擬分析發(fā)現(xiàn)，界面結合強度與界面結構和界面原子之間的結合密切相關。

雖然金屬陶瓷層狀復合材料可以彌補陶瓷本身斷裂韌度不足的缺點，但過高的界面強度會使增強體材料和基體之間的應力無法緩解而引起應力集中，使復合材料的強度和斷裂韌度降低；界面強度太低也會導致增強體在加載過程中從與基體之間的界面脫落，從而導致復合材料強度下降[46]。因此，有必要采用一定方法控制界面反應，從而改善界面結合強度。

3.2 裂紋偏轉

金屬陶瓷復合材料的損傷與其內(nèi)部的裂紋擴展模式息息相關[47]，當發(fā)生裂紋偏轉時，裂紋平面將會在垂直于張應力方向上重新選擇取向，這就造成裂紋擴展路徑的增加[48]。裂紋的偏轉可以促使其遠離平面應力的最大位置，且發(fā)生偏轉的裂紋越長，裂紋偏轉的角度越大，則越能夠有效地降低裂紋的尖端局部應力。當裂紋在金屬和陶瓷界面發(fā)生偏轉后，裂紋尖端的向前驅(qū)動力大大降低，裂紋穿過下一層金屬就需要更多的時間并消耗更多的能量，因此，裂紋偏轉有利于材料韌性的提高。觀察圖11可發(fā)現(xiàn)[49]，Mg/Al2O3層狀復合材料在抗拉測試時，裂紋沿著Mg層和Al2O3層之間的界面產(chǎn)生了非常明顯的裂紋偏轉，偏轉角度接近90°。Mg/Al2O3層狀復合材料具有較厚的金屬層，可以有效地分解裂紋尖端的應力，并通過抑制裂紋的張開來提高復合材料的韌性。

圖11 Mg/Al2O3層狀復合材料中的裂紋偏轉 （a）裂紋在疊層復合材料中擴展；（b）裂紋偏轉；（c）金屬層的塑性變形；（d）微裂紋Fig.11 Crack deflection in Mg/Al2O3layered composites （a）crack propagates in particle-based composites； （b）crack deflection；（c）plastic deformation in metal layers；（d）microcracks

3.3 多重裂紋擴展

由溫度變化引起的熱膨脹差或由相變引起的體積差，會在分散增強相和陶瓷基體相之間產(chǎn)生均勻分布的裂紋。在主裂紋擴展時，這些均勻分布的微裂紋將促進主裂紋的分叉，增加了擴展過程中的表面能，從而阻礙了裂紋的快速擴展[50]。圖12建立了傳統(tǒng)層壓復合材料和“磚+泥”結構的復合材料中裂紋擴展模式的示意圖[51]。在傳統(tǒng)的層壓復合材料中，主要的增韌機理是多重裂紋模式；但是，在先前的研究中，這些多重裂紋都存在于陶瓷層中（圖12（e））。在這種情況下，金屬層中的能量沒有完全釋放出來，這會導致復合材料的韌性急劇下降；但是，在“磚+泥”結構中，堅固的陶瓷/金屬界面與相對較軟的砂漿相結合，可實現(xiàn)一定程度的磚瓦間位移，以緩解局部較高的應力（圖12（f）和（g））。磚間位移可在金屬層中釋放大量能量，最重要的是降低裂紋擴展速率。另外，金屬層中廣泛的塑性變形在某種程度上實現(xiàn)了位錯強化。在復合材料中，可以同時觀察到多個塑性裂紋和多個脆性裂紋（圖12（h）），這表明復合材料中的斷裂能得以釋放。盡管實體結構可能會削弱強度，但牢固的界面、陶瓷表面的凹凸不平、陶瓷層之間的橋接以及金屬中的細分散顆粒是增強復合材料的重要來源，最終的復合材料仍然表現(xiàn)出與層壓復合材料相當?shù)膹姸取?/p>

圖12 傳統(tǒng)層壓復合材料和“磚+泥”結構的復合材料中裂紋擴展模式的示意圖 （a），（b）傳統(tǒng)層壓復合材料；（c），（d）“磚-泥”結構的復合材料中裂紋擴展模式的示意圖，灰色層是金屬相，藍色層是陶瓷相；（e）傳統(tǒng)層壓復合材料的微觀結構和裂紋擴展路徑的背散射形貌；（f）~（h）“磚-泥”結構的疊層復合材料Fig.12 Schematic diagram of crack growth patterns in conventional laminated composites and"brick+mud"composites （a），（b）schematic diagrams of the crack propagation modes in traditional laminated composites；（c），（d）“brick-and-mud”-structured composites.The gray layer is the metal phase，and the blue layer is the ceramic phase；（e）back scattered images of the microstructures and crack growth paths of traditional laminated composites；（f）-（h）“brick-and-mud”-structured laminated composites

3.4 裂紋橋接

裂紋橋接是指通過增強體連接擴展裂紋兩個表面而形成裂紋閉合力，從而使脆性基體材料增韌的方法。其增強體分為兩種：韌性第二相顆粒和剛性第二相顆粒。對比圖 13（a）~（d）可知，Al/15%TiC（體積分數(shù)，下同）層狀復合材料與Al/25%TiC、Al/35%TiC層狀復合材料在裂紋擴展過程中的差別為是否存在裂紋的橋接[19]。當裂紋擴展至延展層時，延展層作為橋接韌帶必須具有足夠的延展性，以避免在行進的裂紋尖端或裂紋尖端的前部發(fā)生斷裂。相比Al/25%TiC、Al/35%TiC層狀復合材料，Al/15%TiC層狀復合材料受到較小的裂紋萌生力，并且具有較厚的合金層（更好的延展性），這可以確保裂紋在穿過相鄰的陶瓷基體層后，陶瓷層之間的合金層仍然保持完整性。同時，從圖13（b）可以看出，當裂紋從陶瓷層擴展到合金層時明顯受到了阻礙，并且在裂紋的驅(qū)動下，裂紋尖端在對合金層進行沖擊時產(chǎn)生韌性剪切帶，這是裂紋發(fā)生鈍化的現(xiàn)象。實際金屬陶瓷層狀復合材料的裂紋擴展可能是多種機制共同作用的結果，如圖14所示[49]，裂紋偏轉增大了裂紋擴展路徑，裂紋和橋接鈍化能夠顯著降低其擴展速率，此時的增韌機制也更為有效。

圖13 抗彎測試初始裂紋Fig.13 Initial crack during bending test （a）， （b）Al/15%TiC；（c）Al/25%TiC；（d）Al/35%TiC

圖14 微疊層 TiC/Ti復合材料樣品的裂紋擴展和機理示意圖 （a）裂紋擴展；（b）機理示意圖Fig.14 Schematic diagrams of crack growth and mechanism of micro multilayer TiC/Ti composite material samples（a）crack propagation；（b）schematic diagram of mechanism

4 結束語

近幾年金屬陶瓷層狀復合材料制備技術在國內(nèi)外有了較深入的研究，但是，它尚未在實際工程領域中得到完全應用。這主要是因為該技術的理論基礎更加復雜，并且服役環(huán)境與測試環(huán)境不同，因此有必要從以下幾個方面進一步探索和改進該技術。

（1）加大理論研究。在實際的工業(yè)應用中，當金屬陶瓷層狀復合材料制成的部件連接到結構部件時，由于諸如熱失配和界面應力等問題，很容易造成金屬陶瓷層的早期失效，從而極大地限制了金屬陶瓷復合材料的應用。因此，需要在復合材料設計、制備技術、力學性能和微觀結構方面進行深入的理論研究，為層狀復合材料的開發(fā)與應用奠定基礎。

（2）利用計算科學研究金屬/陶瓷界面和損傷機理。實驗中的“試錯法”缺乏明確的設計準則，隨機性和偶然性以及結果的不確定性較大。將計算科學引入材料制備環(huán)節(jié)，例如模擬三維成分區(qū)間分布、推導元素擴散速度等，從而實現(xiàn)整個制備過程的可控性。通過計算機仿真可以實現(xiàn)對界面微觀機制和影響界面性能的規(guī)律的本質(zhì)理解，建立適用于金屬陶瓷層狀復合材料的本構模型，并模擬服役環(huán)境中材料的失效和破壞過程。

（3）產(chǎn)品的大尺寸和形狀多樣復雜化。實驗中制備的金屬陶瓷通常為小尺寸和規(guī)則形狀。但是，實際的工業(yè)領域需要各種復雜形狀的產(chǎn)品。因此，只有通過進一步改進制備工藝，生產(chǎn)符合實際要求的產(chǎn)品，才能將金屬陶瓷層狀復合材料真正地推廣到實際應用中。