梯度层对铜基复合材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法制备均质石墨−铜复合材料(10%C/Cu,质量分数)和2层梯度石墨−铜复合材料(7%C/Cu-10%C/Cu),研究梯度层对石墨−铜复合材料物理性能和摩擦学性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行分析。研究结果表明:梯度复合材料的致密度和导电性相比于均质复合材料都得到了显著提升。在法向载荷为24、26和30 N时,梯度复合材料的磨损率相比于均质复合材料分别降低了8.24%、12.10%和11.30%;梯度材料和均质材料的平均摩擦因数和磨损率均随载荷的增加而升高;梯度复合材料的磨痕深度、宽度和材料挤出高度都比均质复合材料的小,且均随载荷的增加而增大。2种复合材料的磨损机制主要以磨粒磨损为主,氧化磨损和黏着磨损为辅。

高温燃气环境下SiCf/SiC和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料力学性能及损伤

航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境,将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃,形成高温高速燃烧气体对材料进行考核。对SiC_(f)/SiC复合材料分别进行1200℃燃气环境10 h氧化实验和1000次热冲击实验,探究环境屏障涂层(environmental barrier coating,EBC)对SiC_(f)/SiC复合材料的防护作用。对燃气环境考核后的SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料进行单轴拉伸强度测试,并利用扫描电镜对其断口及截面微观形貌进行观察。结果表明:在燃气环境下氧化10 h后,SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料内部没有发生明显的界面层及纤维氧化,单轴拉伸强度下降不到2%;在燃气环境下经过1000次热冲击后,在SiC_(f)/SiC复合材料内部形成多处微裂纹并发生了界面层的氧化腐蚀,单轴拉伸强度下降41.3%;EBC涂层可以有效保护SiC_(f)/SiC复合材料免受高温燃气的氧化腐蚀,SiC_(f)/SiC-EBC复合材料在经过1000次热冲击后的单轴拉伸强度下降16.6%。

材料科学的绿色之路

借助全生命周期思想和循环经济、可持续发展的科学发展观及由此产生的“绿色”新理念,阐述了新时期的一系列绿色思想挑战和概念革新,针对金属材料行业,提出了材料科学未来在技术层面发展的绿色启示,并在管理层面上提出绿色管理建议,旨在促进材料科学顺应建设节约型社会的号召和可持续发展的潮流,走绿色必由之路,实现环境与经济“双赢”。

粉末冶金TC4-B_(4)C原位反应制备TiC+TiB增强TC4基复合材料的显微组织和力学性能

以TC4和B_(4)C粉末为原料,通过放电等离子烧结法(SPS)并结合热挤压制备不同含量TiB和TiC增强TC4基复合材料,研究以TC4-B_(4)C为原位反应体系生成不同含量TiB和TiC对TMCs的微观组织和力学性能的影响规律及其高温力学性能。结果表明:原位生成的TiC和TiB与基体结合牢固,TiC呈类球形颗粒状,TiB呈晶须状;增强相在基体中呈现出沿一次颗粒边界分布的三维网络状形貌;与未增强TC4合金相比较,复合材料基体晶粒显著细化,并存在较高的位错密度,TC4基复合材料的室温和高温性能得到显著提升;在室温拉伸下,当B_(4)C的含量(质量分数)为0.5%时,基体的连通性较好,表现出较高的强度(抗拉强度1246 MPa)和较好的伸长率(12.4%);在400℃下进行拉伸时,当B_(4)C的含量为1.64%时,TC4基复合材料的抗拉强度和伸长率分别为1112 MPa和6.9%。

石墨烯材料在柔性传感器中的应用研究

石墨烯作为极具潜力的二维碳纳米材料,因其独特的物理化学特性而备受关注,在很多领域展现了极大的价值。石墨烯的衍生物氧化石墨烯由于其超大的比表面积、大量的官能团和丰富的活性位点,在传感检测领域具有极大的优势。文中主要介绍了氧化石墨烯在柔性传感器领域的应用,包括应变传感器、气敏传感器、湿敏传感器、生物传感器等,分析了目前存在的问题,并对其应用前景进行了展望。

连续碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料微结构数字化建模和宏观各向异性模量预测

围绕陶瓷基复合材料连续增韧相各向异性难以快速建模和宏观模量精准预测困难的问题,本工作结合水平集法和有限元法建立了陶瓷基复合材料复杂微结构数字化自动建模方法及预制体不同区域材料各向异性赋值策略。同时,以二维SiC编织布增韧陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)为例,采用细观力学均匀化方法和自编程序实现了兼顾自然孔隙影响的连续纤维增韧陶瓷基复合材料宏观各向异性模量跨尺度准确计算。与已有文献中的SiC_(f)/SiC性能实验数据对比,验证了本工作中建模方法和模量计算算法的有效性。此外,本工作还探究了SiC_(f)/SiC自然孔隙形状及纤维束波纹度比对材料宏观性能的影响机制。

CLVI制备C/C复合材料的微观结构及力学性能研究

采用快速化学液相气化渗透法制备了碳/碳复合材料,沉积温度为850-1400℃,系统压力约0.1MPa.利用偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解碳的微观组织结构及断口形貌特征;针对该技术特殊的致密化环境,研究了三种类型热解碳的形成条件及沉积过程;观察结果表明:粗糙层热解碳以层状方式生长,生长层面为曲面形状,热解碳微观结构呈现出锥形生长特征;同时测定了材料的力学性能,发现材料破坏形式属于剪切-拉伸的复式破坏,但拉伸破坏为主导形式,材料的纤维/基体粘结强度较高,薄弱环节是层间结合部位.

多元基体抗烧蚀炭/炭复合材料的微观结构分析

采用光学金相、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨率电子显微镜多种微观结构分析手段 ,对多元基体 C/C复合材料微观结构进行了研究。结果表明 ,采用的液相浸渍法制得的多元基体 C/C复合材料 ,具有良好的微观、界面结构。

基于晶体塑性的难变形材料不均匀变形多尺度建模研究进展

分析并综述了不均匀变形预测中的晶体塑性模型与求解算法,论述了考虑多相材料非均质特征与晶界异质性的晶体塑性建模难点与方法;分析并综述了用于微观组织形态演化预测的元胞自动机建模方法,并论述了考虑不均匀变形与组织形态演化交互作用机制的晶体塑性与元胞自动机耦合建模的关键难点及其解决方法。进一步论述了基于宏观有限元、细观晶体塑性有限元与微观元胞自动机的多尺度全耦合建模方法及其在钛合金复杂隔框构件等温局部加载成形多尺度耦合响应规律预测中的成功应用。最后分析了多尺度建模仍存在的问题,并展望了多尺度建模的发展趋势。

炭材料用基体前驱体沥青的改性研究

首次以二乙烯基苯为交联剂 ,在酸性催化剂的作用下对煤沥青进行了改性研究 ,同时对改性后的煤沥青进行显微结构和耐热性分析。研究结果表明 :改性后的煤沥青不仅出现大量的中间相小球 ,而且耐热性优良 ,可作为炭材料优质的基体前驱体。

CVI法制备三维碳纤维增韧碳化硅复合材料

利用三维编织的碳纤维预制体，采用等温ＣＶＩ的方法制备出了碳纤维增韧碳化硅复合材料。对于无碳界面层的复合材料（Ｃ／ＳｉＣ），弯曲强度和断裂韧性随密度的提高而提高，最大值分别为５２０ＭＰａ和１６．５ＭＰａ·ｍ１／２。密度高的复合材料呈明显的脆性断裂，而密度较低的材料在断裂过程中存在纤维束的拔出而表现出韧性断裂行为。密度较高和无碳界面层的复合材料，经１５５０℃高温处理后，弯曲强度明显降低（３５０ＭＰａ），但在断裂过程中由于存在大量的纤维拔出，而表现出韧性断裂行为。存在碳界面层的复合材料（Ｃ／Ｃ／ＳｉＣ）的弯曲强度较低（３００ＭＰａ），在断裂过程中表现出典型的复合材料断裂行为，在断裂过程中既存在纤维束内部的脆性断裂。

反胶束模板制备聚甲基丙烯酸甲酯/无机纳米粒子/石墨纳米复合材料及其表征

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和三氯甲烷(CHCl3)为油相制备反胶束微乳液,依靠表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)自组装形成的“微反应器”作为模板成功地制备了PMMA/Eu(OH)3/EG和PMMA/Ni(OH)2/EG纳米复合材料.并用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和差热-热重(TG-DTA)对该复合材料进行了表征和分析.研究结果表明,反胶束法可以有效地应用于有机-无机纳米复合材料的制备.

碳/碳复合材料防护涂层的抗氧化行为研究

对碳 /碳复合材料 Mo Si2 - Si C复相陶瓷抗氧化涂层在 1 650℃以下温度的等温氧化动力学、以及涂层的结构与组成对抗氧化性能的影响进行了研究 ,阐明了涂层的抗氧化过程及机理。通过对涂层的显微形貌、相组成及成分的观察与分析 ,进一步提出了合理的涂层结构。结果表明 ,碳 /碳复合材料 Mo Si2 - Si C复相陶瓷涂层的抗氧化性能取决于氧在涂层中的扩散过程。

Co_2Z型高频软磁铁氧体材料的研究进展

综述了近年来高频用软磁铁氧体材料Co2Z的研究进展,着重探讨了低温烧结和掺杂改性,并指出经过掺杂改性后的可低温烧结软磁铁氧体材料Co2Z在制造高频多层片式电感(MLCI)与吉赫兹频段抗电磁干扰元件(EMI)中具有很好的应用前景。

脉冲FCVI制备炭/炭复合材料的微观结构及力学性能

采用脉冲强制流动热梯度化学气相渗透（IFCVI）法制备了毡基炭／炭复合材料。借助偏光显微镜及扫描电子显微镜观察了基体热解炭的微观组织结构及断口形貌特征；用弯曲实验测定了材料的力学性能。结果表明：采用脉冲FCVI，经1000℃～1250℃，100h致密化，2300℃热处理后，炭／炭复合材料的密度可达1．7g／cm^3，弯曲强度为125．4MPa，挠度为0．61mm。该工艺致密化速率快，所制备材料的密度分布均匀、力学性能好。研究表明，温度是影响材料组织结构的主要因素，高温条件下有利于粗糙层热解炭组织的生成，而低温有利于光滑层热解炭组织的生成，一般因沉积环境复杂多变，常得到混合型组织。

二硅化钼基复合材料的现状与前景

根据二硅化钼的本征特性简要分析探讨了它作为高温结构材料的可能性，并从合金化和复合化两个方面，对ＭｏＳｉ２及其复合材料的改性方法及其增韧补强效果作了概述，重点介绍了ＭｏＳｉ２－ＳｉＣ系和ＭｏＳｉ２－ＺｒＯ２系两种复合材料的力学性能，同时展望了ＭｏＳｉ２基复合材料的发展趋势和应用前景。

掺杂对WCu电触头材料电弧特性的影响

利用粉末冶金技术制备出分别掺杂0.3%B、2.0%Nb和1.5%Ce(质量分数)的WCu电触头材料,采用高速摄影技术和抗电弧烧蚀实验探讨不同掺杂元素对钨铜电触头材料电弧特性的影响。结果表明:真空击穿时,WCu电触头材料的电弧演化过程可以分为起弧、稳定燃烧和灭弧3个阶段;掺杂0.3%B、2.0%Nb和1.5%Ce的WCu电触头材料的电弧寿命比未掺杂的长,截流值小;等离子云体积大,颜色浅,在样品表面燃烧区域大,电弧分散,燃弧能量分散;电弧燃烧稳定,无放射状光芒。含有掺杂元素的WCu电触头材料的抗电弧烧蚀性能均得到明显改善;其中最明显的为WCu-B电触头材料,其抗烧蚀性能提高了近30%。

C/C复合材料防氧化复合涂层的制备及其性能

提出并制备一种C／C复合材料防氧化复合涂层，其基本结构为TiC粘结层／SiC氧阻挡层／ZrO2-MoSi2外涂层，研究了其制备工艺、组织结构，对各单一涂层的防氧化作用及效果进行了分析，并对其抗氧化性能进行了测试。通过比较四种成分组成的抗氧化陶瓷外层的抗氧化性能，结果表明：随着外涂层中MoSi2含量的增多，复合涂层的抗氧化性能增强，其中带有TiC／SiC／MoSi2涂层的C／C复合材料试样在1300℃氧化40h后失重仅为0．059g／cm2，氧化失重速率为4．1×10（－7）g／cm2·s，表明该涂层具有良好的抗氧化性能。

化学气相反应法在C/C复合材料抗氧化处理中的应用

通过把硅蒸气渗入预制体孔隙与碳直接反应生成SiC的化学气相反应(CVR)方法,提高初始密度和预制体结构均不同的C/C复合材料的抗氧化能力,研究了C/C复合材料的密度变化与微观结构,并对其进行了氧化试验。结果表明,因CVR温度、C/C复合材料初始密度不同,抗氧化处理后的密度增加量有显著不同。针刺炭布C/C/SiC复合材料在马福炉中于1160℃经65min氧化后,其失重率仅2.6%,而密度为1.95g/cm3的同结构C/C复合材料相在同条件下失重率高达32%。

多壁碳纳米管/壳聚糖复合材料的制备及电催化性能

采用混酸法制备羧基化多壁碳纳米管以及采用超声凝聚法制备壳聚糖纳米粒子,再通过静电自组装的方法制备碳纳米管/壳聚糖(相对分子质量(Mr)不小于5万和不小于10万)、碳纳米管/高密度壳聚糖、碳纳米管/羧化壳聚糖、多壁碳纳米管/壳聚糖盐酸盐复合材料。通过SEM、HRTEM及XRD对产品进行微观结构分析,利用循环伏安法对H2O2在碳纳米管/壳聚糖修饰电极上的电化学行为进行研究。结果表明:壳聚糖盐酸盐对碳纳米管具有较好的包覆效果,包覆层厚度约为3.5nm,静置12h后具有良好的溶液分散性;碳纳米管/壳聚糖盐酸盐修饰玻碳电极改善了H2O2的氧化还原电流,同时还降低了H2O2的氧化还原的过电势,对其电化学催化性能具有良好的促进作用。