碳纤维纸张电热及温敏性效应研究

碳纤维纸张可作为优良的面状发热材料,若将其作为采暖地板中的电热元件,可实现地板、采暖一体化,具有广阔的市场前景,为避免碳纤维纸张在使用过程中出现安全隐患,需对碳纤维在碳纤维纸张中的电热和负温度系数(NTC)效应的作用机制进行研究。为了探究碳纤维纸张在通电加热条件下电热及电阻随温度变化的规律,采用红外热成像仪、体式显微镜等仪器分析了碳纤维单丝、搭接单丝、平行单丝及碳纤维纸张4种发热单元的电热和温敏效应,结果表明:碳纤维单丝、搭接单丝及碳纤维纸张表面温度变化趋势均随着输入功率的增加呈现线性增加,在单丝平行方向和垂直方向温度均呈GaussAmp方程曲线分布,碳纤维单丝相互距离等于或者小于0.8 cm,即可将两单丝间温度不均匀度控制在1℃以内;通电加热初期,发热单元电阻随温升的增加而急剧下降,当碳纤维单丝加载80 mW功率(即单丝温度接近35℃),纸张加载2000 mW功率(即纸张表面温度接近97℃)时,电阻值变化趋势趋于稳定,表明碳纤维单丝及碳纤维纸张均具有明显的NTC效应,并且发热单元中搭接单丝的NTC效应和电热效应在碳纤维纸张中起着主导作用,这对于创制适宜的采暖地板发热元件具有积极的指导意义。

石墨管与不锈钢管钎焊接头的组织和残余应力

为使石墨材料能够在空间核电散热装置中更充分地发挥其价值,本文采用BNi-2钎料真空钎焊连接等静压石墨管和304不锈钢管,研究了石墨/BNi-2/不锈钢接头在1010℃、保温90 min条件下的显微组织和不同冷却工艺对接头残余应力的影响。研究表明:在1010℃,保温90 min条件下,钎焊接头致密无裂纹,Cr元素在石墨侧与石墨基体反应形成Cr_(7)C_(3)反应层,在不锈钢侧形成了σ-FeCr扩散层,界面接头组成为石墨/Cr_(7)C_(3)/Ni(s,s)+Ni_(3)Si/σ-FeCr/不锈钢;经缓冷工艺处理的接头,常温剪切强度为28.38 MPa,比炉冷处理的接头剪切强度提高了22%;有限元数值分析结果表明,采用缓慢冷却的钎焊工艺可以有效缓解钎焊接头在冷却过程中产生的残余应力,符合剪切实验结果。

ZG20SiMn铸钢摇臂壳体铸造过程数值仿真及工艺优化

摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProCAST软件探究不同浇注工艺方案下摇臂壳体铸件充型及凝固过程,分析铸件温度场、凝固场及缩松、缩孔铸造缺陷位置。基于Niyama判据和应力场分布对底注式铸造工艺方案进行优化。结果表明:优化后摇臂壳体铸件在凝固冷却过程中保持温度梯度递增,促进铸件实现顺序凝固,铸件缺陷率明显降低且充型效果更佳,缩孔体积仅占摇臂壳体体积的0.0049%,电机孔薄壁端面应力优化量为38.47%,输出端孔处应力优化量达到91.08%。本文研究成果为采煤机摇臂壳体的铸造工艺提供了理论基础和数据支撑。

负泊松比点阵结构填充薄壁管轴向压缩行为及吸能特性

薄壁填充结构具有轻量化、高比吸能的优点,被广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通等工程领域。负泊松比结构在受到冲击时力学性能会逐渐增强,因此本文基于双箭头型负泊松比点阵提出一种新型薄壁填充管吸能结构,通过准静态压缩实验和有限元数值模拟方法研究了新型填充管在压缩载荷作用下的变形失效模式与力学响应。建立了平均碰撞力的理论预测模型,并通过有限元分析验证了模型可靠性,在此基础上研究了负泊松比点阵结构的细观设计参数对填充管抗压缩性能的影响规律。结果表明,填充管在压缩载荷作用下的失效模式为局部屈曲失效,相比于单一薄壁管与点阵结构,填充管具有更好的抗压缩性能;通过参数分析明确了通过增加胞元杆件壁厚和下支撑杆夹角,能显著提高填充管抗压缩性能,这将为后续负泊松比点阵填充结构的抗冲击优化设计提供重要参考。

基于响应曲面法的摆焊工艺参数分析

针对摆焊工艺中焊接参数众多,且焊缝几何参数与焊接参数之间关系难以确定的问题,本文提出了一种基于响应曲面法的摆焊工艺参数分析方法。研究了冷金属过渡焊接(CMT)摆焊工艺的摆动参数和焊枪摆动轨迹,采用响应曲面法建立了送丝速度、焊接速度、摆动幅度与焊缝高度、焊缝宽度、焊缝熔深的数学模型,并对模型有效性进行了验证。研究表明:焊枪按照摆动长度为3 mm,左右两侧侧壁停留长度为0.5 mm的摆动轨迹摆动时,焊缝不会出现“鱼刺”型咬边,成型较好,有较好的“鱼鳞纹”,符合焊接成型要求;对焊缝高度的主要影响因素依次是送丝速度>焊接速度>摆动幅度,对焊缝宽度的主要影响因素依次是摆动幅度>焊接速度>送丝速度,对焊缝熔深的主要影响因素依次是送丝速度>焊接速度>摆动幅度。本文建立的3个模型均能够在因子域内预测响应。

Cr和Zn晶核对Cu/Ni复合体精密电沉积脱模的影响

在模具表面喷涂K_(2)Cr_(2)O_(7)是辅助电铸脱模的有效手段之一,然而六价Cr具有较强的致癌性。为了替代六价Cr钝化层,本文采用电沉积方法制备Cr晶核和Zn晶核,形成低毒三价Cr氧化物和无毒二价Zn钝化物防粘层替代六价Cr钝化层。利用计时电流法测试了沉积Cr和Zn晶核的电流-时间曲线,分析了三价Cr和二价Zn晶核在多晶Cu表面的形核特性;对Cu-Cr和Cu-Zn表面进行了SEM、EDS以及XPS测试,研究了电沉积三价Cr和二价Zn晶核后的表面形貌、表面元素组成及含量;对Cu、Cu-Cr和Cu-Zn表面进行了接触角测试,基于表面能理论计算了含三价Cr和二价Zn晶核多晶Cu的表面能。研究表明:三价Cr和二价Zn在Cu电极上的形核符合瞬态成核特性;三价Cr晶核在Cu表面上的分布比二价Zn晶核均匀且形状较为规整;三价Cr和二价Zn晶核在Cu表面均形成氧化物,Cr_(2)O_(3)的含量明显高于ZnO含量;多晶Cu、Cu-Cr和Cu-Zn的表面能大小依次为:多晶Cu>Cu-Zn>Cu-Cr,三价Cr和二价Zn氧化物辅助脱模后的Cu、Ni表面粗糙度相差57.14%和64.52%。因此,三价Cr氧化物可以更好地辅助Cu/Ni复合体顺利脱模。

H62黄铜摩擦塞补焊接头微观组织及力学性能

针对铜及铜合金的焊接缺陷,提出了利用摩擦塞补焊进行匙孔等缺陷补焊的一种有效方法,以实现铜类构件的原位修复。本文采用顶锻式摩擦塞补焊机对H62黄铜合金进行焊接,利用温度测试仪、光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机与硬度试验机对H62黄铜摩擦塞补焊接头进行温度、组织与力学性能分析,研究了4种不同主轴转速下接头性能之间的差异。研究表明:接头塞棒中心上层区域组织为晶粒细小的再结晶组织,下层组织为条状晶与再结晶晶粒组成的混合组织;各接头硬度均呈“W”形分布,塞棒中心处硬度最高,摩擦界面处硬度最低;接头峰值温度随主轴转速升高而升高,上、中、下3层温度差逐渐降低。同一主轴转速下接头摩擦界面处上层晶粒最细小,沿厚度方向向下晶粒尺寸逐渐增大;接头上层峰值温度最高,中层次之,下层最低。在主轴转速为2200 r/min时接头综合力学性能最佳,接头的抗拉强度为350.5 MPa,与母材的358.4 MPa等强,接头断裂方式为韧性断裂,在温度梯度与机械作用下,塞棒上层断口韧窝最为细小致密,表现出最优良的力学性能,下层断口表现出较差的塑性性能。

微米级铝粉球磨过程中形变的仿真和实验研究

小粒径的铝粉在燃烧时易形成团聚,会严重影响铝粉的燃烧效率。铝(Al)与聚四氟乙烯(PTFE)通过基于机械活化原理的行星式球磨机工艺制备出的含能材料可以有效地解决团聚问题。本文采用仿真与实验相结合的方法,研究微米级铝粉在球磨的过程中破碎前的塑性变形以及破碎后的粒径变化。由于微米级粉体与磨球尺寸跨度过大,所以采用多尺度仿真,分别对磨球的相对速度分布、粉体应力能量分布以及粉体塑性变形过程中的能量变化进行研究。结果表明:磨球相对速度的法向分量分布呈幂律分布,且77%的碰撞集中在低速区间;对比粉体的应力能量分布与塑性变形时的能量变化,可以得到粉体的形态变化以及不同状态下的粉体数量,塑性变形阶段的最高能量为1.102×10^(-9)J,且粉体应力能量在1.102×10^(-9)J以下的占比为48.75%;对球磨实验中粒径变化进行曲线拟合,其判定系数R^(2)为0.999 46,数值接近于1,具有较强的可预测性;结合破碎前的塑性变形,可以实现对球磨任意时间后的颗粒粒径的预测。

金刚石微粉电镀镍品质影响因素研究

金刚石微粉在镀液中易漂浮导致电镀镍困难,为获得金刚石微粉电镀镍工艺,本文研究了镀瓶转速和电镀电流对金刚石微粉电镀镍品质的影响。通过对金刚石微粉颗粒在不同镀瓶转速时运动状态进行理论分析,得到了镀瓶转速调节方法,并通过实验确定了不同电镀电流时镀瓶转速的调节范围。采用单因素实验,研究了电镀电流对镀层增重率、形貌和密度的影响。结果表明:镀瓶转速在1~7 r/min范围内,从小到大逐步提高,同时电镀电流不超过3.0 A条件下,能够实现金刚石微粉电镀镍。电镀电流在0.5 A时镀层失重,出现明显退镀现象,在1.0 A时镀层有少部分漏镀现象,在1.5~2.5 A时镀层包裹完整,基本无漏镀;电镀电流在1.0~2.5 A范围时,随着电镀电流增大,镀层增重率逐渐增大,镀层密度逐渐减小。采用低转速低电流、逐步提高镀瓶转速的方法对金刚石微粉进行电镀镍,镀瓶转速在1~7 r/min,电镀电流在1.5~2.5 A时金刚石微粉电镀镍品质较好。

6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊数值模拟

为研究铝合金中厚板-节点套接头在多层多道焊后的残余应力和变形分布,本文基于ABAQUS软件建立了该接头三维有限元模型,采用双椭球热源、生死单元法以及顺序耦合法,对6061-T6铝合金中厚板-节点套多层多道焊进行数值模拟,并分析了接头的温度场,以及在夹具约束下的焊接残余应力及变形的分布情况。研究结果表明:数值模拟与实际接头的熔池形状吻合度较高;摆动焊接过程中温度曲线呈多峰结构;焊件的升温速率明显大于冷却速率,且冷却速率随时间逐渐减小;焊接残余应力主要集中在焊缝及夹具区域,且小于6061-T6铝合金在室温下的屈服强度;接头的最大横向残余应力为129.9 MPa,中厚板上的横向残余应力大于节点套上的横向残余应力;接头的最大纵向残余应力为132.9 MPa,沿焊接方向,焊缝处的纵向残余应力呈山峰状分布;该接头在Y轴方向上的变形最大,为1.494 mm,该接头的最终变形结果为上凸变形。

铝合金材料缺陷检测的磁声电方法

不同的无损检测方法适用于不同的场景,为丰富现有的无损检测方法,本文提出了一种适用于非铁磁材料缺陷检测的磁声电检测新方法。通过COMSOL仿真软件及磁声电检测实验平台,对铝合金材料裂缝缺陷进行检测,对不同缺陷尺寸进行仿真及实验研究,并验证该方法的可行性。仿真结果表明,在缺陷的边界处获得了明显的磁声电缺陷信号。验证了缺陷宽度与缺陷信号的关系,当缺陷宽度L大于波长λ时,缺陷电信号峰值时间t及幅值U均相同,反之,缺陷左、右壁产生的电信号相互叠加。研究表明,实验与仿真结果具有一致性,说明本文提出的磁声电检测新方法能够实现缺陷的高精度检测。

微交联聚吡咯衍生物的合成与光学性能

有机共轭聚合物因具有独特的结构和光电性能,在发光材料及器件领域有着广泛的研究和应用。以吡咯和单醛基苯甲醛为线形单体,以对苯二甲醛为交联单体,采用溶液缩聚法制备了4种蓝光微交联聚吡咯衍生物,并对其分子结构、聚集态结构、微观形貌、热行为、紫外-可见吸收和荧光性能等进行了分析,考察了取代基类型对其结构和光学性能的影响。研究表明,微交联聚吡咯衍生物具有较高的玻璃化转变温度和热稳定性能,为非晶态和亚微米级的球形堆积体;在340nm左右紫外光的激发下,微交联聚吡咯衍生物能够产生约473nm的可见光,属于蓝色发光材料;不同类型的取代基对微交联聚吡咯衍生物的结构和光学特性有所影响。该微交联聚吡咯衍生物制备简单,结构可调可控,在聚合物发光二极管领域有着潜在的应用。

基于BP神经网络薄板P-PAW搭接的间隙自适应工艺参数优化

对大型LNG燃料薄膜舱中1.2 mm厚SUS304L不锈钢板薄板的搭接焊,存在的搭接间隙会带来焊缝成形不良等严重影响船舱安全性的问题。本文通过激光传感器检测搭接间隙变化,设计了不同的峰值电流和焊接速度在不同间隙下的工艺实验,研究了间隙对焊缝成形质量的影响机制;基于BP神经网络建立不同间隙下的脉冲等离子弧焊(P-PAW)的工艺参数和间隙及焊缝成形尺寸之间的拓扑关系模型,通过工艺实验获取模型的训练样本,实现了基于BP神经网络的间隙自适应工艺参数优化系统。结果表明,该系统实现了不同搭接间隙下进行实时工艺参数优化的功能,并对搭接间隙在0~0.6 mm变化时所带来的空洞等缺陷起到了有效的抑制作用,实现了良好的焊接成形一致性控制,提高了在LNG薄膜舱中不锈钢板焊接的自适应能力。

两相区淬火温度对Ni-Cr-Mo-V系高强船体钢组织及性能的影响

为改善高强船体钢高屈强比、回火区间窄的问题,研究了两相区二次淬火温度对Ni-Cr-Mo-V系高强船体钢组织及性能的影响。通过改变二次淬火温度,研究实验钢冲击拉伸性能和显微组织的变化规律,并通过OM、TEM、XRD衍射等方法进行表征。结果表明,在淬火温度区间内,材料的性能表现出两种变化趋势。当淬火温度在640~700℃时,实验钢的强度随着二次淬火温度的上升而增加,而韧性下降。在该淬火温度范围内,实验钢的机械性能由铁素体+马氏体的双相组织和逆转变奥氏体的含量决定。随着二次淬火温度的上升,双相组织中铁素体的比例从40%降至10%,逆转变奥氏体的含量从11%下降至1%。当二次淬火温度从700℃增加到780℃时,实验钢的强度和韧性变化不明显,原因是二次淬火的温度已经超过了A3温度,实验钢组织转变为单一的马氏体组织,奥氏体晶粒尺寸变化不大(7.3~8.5μm)。综上,在680℃下进行两相区二次淬火可以获得最佳的强度和韧性匹配。

金属基吸附剂及其复合材料吸附除氟研究进展

化工、冶炼、电池等行业所排放的氟废水引发的氟中毒现象备受关注,分析了沉淀、膜处理、离子交换、吸附等技术的优缺点,吸附法由于操作简单、经济高效被认为是极具前景的水体除氟方法。本文对铝基、铁基、稀土基、金属有机骨架吸附剂及其改性材料在含氟废水中的除氟性能进行了总结和评价,分析了其制备过程、脱氟机制以及外界影响因素。发现材料晶型可以决定吸附过程的吸附能,大的比表面积可以在吸附过程中提供更多的活性位点,良好的孔结构可以降低吸附传质阻力,提高吸附性能;材料表面官能团的强化、不同金属材料的复合协同作用可以提高吸附剂的脱氟效率,可为今后制备新型高效除氟材料提供参考。提出了目前吸附除氟领域亟待解决的问题并对金属基吸附剂在除氟领域的发展作出展望。

烧结制度对煤矸石基支撑体的性能影响

为了实现固体废弃物高值化利用和解决陶瓷膜成本过高等问题,以固体废弃物煤矸石为骨料,Na_(2) CO_(3)为烧结助剂,羟丙基甲基纤维素(HPMC)为粘结剂以及碳粉为造孔剂,利用挤压成型法和固态粒子烧结法制备低成本管式煤矸石基陶瓷膜支撑体,研究了烧结温度和保温时间对支撑体物化性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、压汞法等方法对煤矸石基支撑体的表面微观形貌、晶相组成、理化性能等进行系统表征。结果表明:支撑体的晶相组成主要为石英、钠长石、白云母;在Na_(2) CO_(3)、HPMC以及碳粉的添加量(质量分数)分别为4%、3%、15%的基础上,以及烧结温度900℃、保温2 h的条件下,制备出的支撑体综合性能最佳,此时支撑体的纯水通量为2468 L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度为24.96 MPa,孔隙率为43.38%,耐酸碱腐蚀率分别为4.45%、0.62%。本文的研究结果表明煤矸石基支撑体可实现固体废弃物高值化利用并获取经济效益的目的。

关于水热技术处理垃圾焚烧飞灰的研究探讨

生活垃圾焚烧飞灰含有重金属和有毒有机物,对环境危害十分严重。水热法被认为是一种有效的无害化处理技术,能将飞灰改性,降低飞灰毒性,还可以合成沸石类物质,提高产物的应用价值。本文基于垃圾焚烧飞灰理化特性,对现有的水热处理技术进行了较为全面的总结。根据水热法的机理,系统地介绍了传统水热法、微波水热法、熔融预处理的微波水热法和超声波水热法,并通过对比分析指出各方法在处理效率、处理效果等方面存在的问题。此外,还简要介绍了水热处理后飞灰的主要应用领域。最后结合近几年水热技术的研究现状,提出了新型水热技术在工业化应用上存在的大型化的局限性以及未来发展方向。

沸石/聚乙烯醇涂覆改性聚丙烯隔膜及其性能研究

为了改善商业聚丙烯(PP)隔膜与电解液浸润性差和热尺寸稳定性不佳的问题,采用浸涂法制备了沸石/聚乙烯醇涂覆PP隔膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、电池测试系统和电化学工作站等表征手段研究了改性隔膜的表面形貌、孔隙率、吸液率、热稳定性以及电化学性能,并与PP隔膜进行了性能对比。结果表明,改性后的PP隔膜孔隙率从38.4%提升到41.2%,吸液率从108.4%增加到181.1%,170℃下的热收缩率从58%降至23%。与PP隔膜相比,改性隔膜的循环性和稳定性得到了提高。界面阻抗从88Ω降为61Ω,离子电导率从0.58 mS/cm增加到0.75 mS/cm。沸石/聚乙烯醇涂层是改善PP隔膜电化学性能和热稳定性的有效方法,能够提高锂电池的循环性和安全性。

石墨烯基导热薄膜的研究进展

随着现代技术的发展,散热和导热已成为制约芯片器件小型化和大功率制造业发展的关键问题之一。由于传统的金属导热材料存在密度大和易氧化等问题,近年来以石墨烯基材料为代表的非金属碳基材料逐渐成为国内外的研究热点。本文综述了近年国内外石墨烯导热薄膜的制备方法及最新研究成果,分析讨论了热处理工艺、晶粒尺寸、薄膜密度及杂质原子和缺陷等对石墨烯导热薄膜性能的影响和物理机理,并对该领域的发展趋势进行了展望。

不同秸秆增强环氧树脂复合材料的力学性能研究

秸秆具有生物降解、绿色环保等特性,且来源丰富,在绿色纺织复合材料领域受到广泛关注。本文采用真空辅助法制备了长芦苇秆、麦秆、高粱秆、稻草秆增强环氧树脂复合材料,研究了芦苇秸秆在整体和劈裂状态下复合材料的力学性能,并比较了在劈裂状态下芦苇秸秆和其他3种秸秆增强复合材料的力学性能及形态特征,分析了4种秸秆的红外光谱、表面润湿性、表面元素及微观结构。结果表明:4种秸秆均有相似的振动吸收峰位置,且它们表面微观结构差异较大,但其相同之处是表面均有硅元素、氧元素以及碳元素。同时4种秸秆都具有疏水性,芦苇秆、高粱秆、麦秆和稻草秆与水的接触角依次降低。在力学性能上,由于纤维素纤维在秸秆内合理有效分布使其出现结构物效应,秸秆增强复合材料的弯曲性能较拉伸性能具有明显的优势,同时芦苇秆劈材增强环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度比芦苇秆复合材料高165.07%、55.72%。在4种秸秆劈材复合材料中,芦苇秆劈材复合材料的拉伸、弯曲性能最好,其次是稻草杆、高粱杆、麦秆复合材料。秸秆增强复合材料的开发有利于提高秸秆资源利用率,为复合材料的开发利用提供了新路径。