压电陶瓷/聚合物基新型阻尼复合材料的研究进展

压电陶瓷/聚合物基复合材料兼具了聚合物和压电陶瓷两相的优点,是新型的智能阻尼材料。叙述了压电陶瓷/聚合物基复合材料的阻尼性能表征、阻尼原理以及影响阻尼性能的主要因素,并展望了研究前景。指出从压电阻尼材料的基础理论、制备工艺和性能表征、结构与性能关系上寻找突破,可以获得可控的高阻尼压电复合材料。

放电等离子技术制备陶瓷与复合材料

介绍了采用放电等离子烧结技术,以不同含量的CaF2为烧结助剂制备透明AlN陶瓷、以放电等离子烧结技术制备多孔材料以及用放电等离子烧结技术进行合金材料界面的焊接。结果表明,放电等离子烧结技术能在短的时间制备透光性能良好的透明陶瓷,短时、低温下制备孔隙均匀可控的多孔材料,以及在较低的焊结温度和保温时间上获得高的焊结强度。

孔槽泡沫夹芯复合材料真空辅助树脂传递工艺仿真与优化

本工作提出了孔槽泡沫夹芯复合材料的设计方案并针对真空辅助树脂传递(VARI)工艺进行了实验和仿真研究。首先,通过实验测得玻璃纤维织物和树脂的相关参数,利用Hagen-Poiseuill方程和达西定律算出孔洞和沟槽的等效渗透率;接着,利用PAM-RTM模拟孔槽泡沫夹芯复合材料的VARI工艺过程,并与实验结果进行对比;然后,使用PAM-RTM研究了芯材加工参数、树脂灌注方式和导流网铺敷区域对成型过程的影响,并选出了最优方案;最后,在此方案的基础上研究了树脂黏度与灌注时间的关系,并拟合得到了预测函数。结果表明:实验结果与仿真结果基本一致;最优灌注方案可显著缩短树脂填充时间并降低整体孔隙率;预测函数可准确预测灌注时间,对实际生产具有一定的指导意义。

TiB-Ti周期序构复合材料设计、制备及性能研究

高性能结构材料部件在航空航天、交通汽车、电子信息、冶金等领域具有重要的应用价值,得到了广泛研究。增强结构材料部件整体性能的方法主要包括材料本征性能提升和结构复合设计优化,但提高单一结构材料的本征力学性能的研究已接近极限。本研究旨在提出周期序构结构材料的理念,并采用一体化烧结制备出整体性能更好的结构复合材料,从而探索高性能结构复合材料发展的新范式。通过周期序构化的设计,构建了兼具陶瓷高硬度和金属强韧性的TiB-Ti功能单元,设计制备了不同周期序构模式的TiB-Ti高性能结构复合材料。在此基础上,对这些结构进行了力学性能研究,并通过分析其断裂模式来探究不同序构模式对材料整体性能的影响。结果表明,周期序构化可以通过改变材料宏观断裂模式和应力分散特性来提高材料的整体性能。这一研究新范式对其他结构复合材料的结构设计和性能突破具有指导和借鉴意义。对周期序构模式的复杂化探索,对周期序构结构材料的应用场景探索和其他性能测试研究也将是未来需要重点关注的问题。

3D打印纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料研究现状及展望

碳化硅陶瓷是一类先进结构材料,具有低密度、高强度、耐腐蚀等优点,然而,碳化硅陶瓷自身的高硬度、高脆性导致其复杂结构件难以制造。3D打印技术的发展为复杂异形陶瓷构件的成形开辟了新途径,但与注射、等静压、凝胶注模等方法相比,其力学性能仍有不足。纤维增强是一类提高碳化硅陶瓷材料力学性能的可靠方法,纤维的引入不仅提高了碳化硅陶瓷的强度,而且改善了碳化硅陶瓷材料的韧性。因此,3D打印纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料逐渐成为研究热点。本文对国内外纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料3D打印技术的最新研究进行了回顾,总结了用于3D打印碳化硅陶瓷增强的纤维种类和纤维预处理方法;依据纤维的连续性对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的3D打印工艺进行了概括,分析了各种3D打印工艺制备的碳化硅陶瓷基复合材料的力学性能,并介绍了3D打印纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的应用领域,对未来发展方向作出了展望。旨在为碳化硅陶瓷基复合材料的增材制造技术研究提供参考。

吸波预浸料树脂及其复合材料的综合性能研究

将羰基铁粉(CIP)和乙炔炭黑(CB)作为吸波剂引入到中温固化预浸料树脂体系中,通过测试吸波预浸料树脂的流变性能、凝胶时间、固化特征温度、热失重性能等确定吸波剂的加入对预浸料树脂性能的影响。结果表明,CIP和CB吸波粒子的加入对预浸料树脂的凝胶时间、固化特征温度的影响较小,对预浸料树脂的流变特性影响较大。为满足工艺性能要求,CIP吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~2.5,CB吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~0.03。相比于单层结构吸波复合材料,双层结构吸波复合材料的吸波性能更为优异,综合考虑其成型工艺性能和吸波性能等,以C3C为透波层、Fe250C为损耗层的材料组合综合性能最佳,其最大有效吸波带宽为3.85 GHz,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.9 mm和1.5 mm,最小电磁波的反射损耗RL值为-35.46 dB,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.5 mm和1.4 mm。

厚/薄铺层混杂复合材料层合板低速冲击损伤及冲击后压缩特性研究

相对于传统厚铺层碳纤维增强树脂基复合材料,薄铺层复合材料具有明显的损伤抑制效应,在诸多力学性能方面表现更为优异。基于准各项同性厚铺层层合板,采用“离散”与“聚集”2种薄层嵌入厚层的方式衍生出的2种厚/薄层混杂层合板,研究低能量冲击载荷作用下的复合材料结构的损伤程度和分布特征以及冲击后的剩余压缩性能。实验获取了冲击与准静态压缩实验过程的力学响应;超声C扫与热揭层实验揭示了3类含冲击损伤复合材料层合板的分层损伤形貌特征,量化了损伤尺寸大小。实验结果分析表明:薄层的“离散”与“聚集”2种嵌入厚层的方式,充分利用了薄铺层复合材料的损伤抑制效应,改变了复合材料结构分层损伤的中心对称分布特征与特征分层损伤沿厚度方向分布位置,改善了复合材料层合板的剩余压缩性能。

自蔓延高温合成技术及其制备新材料的研究

介绍了自蔓延高温合成技术的发展和国内外研究的概况,分析了SHS技术研究与发展的几个重要方向,介绍了SHS研究的最新动向,对中国学者在此领域的工作所取得的成果给予了介绍和评价。

Ta/Cr复合涂层的磁控溅射沉积与性能优化

目的在Ta涂层与基体之间引入Cr缓冲层,研究不同Cr缓冲层厚度(447~1503 nm)对涂层物相结构、微观形貌、力学性能、结合性能及摩擦磨损性能的影响,以提高Ta涂层与不锈钢基体间结合力,提升Ta/Cr复合涂层的性能。方法采用磁控溅射技术,在PCrNi1MoA合金钢基体上引入Cr缓冲层,构筑Ta/Cr复合涂层。采用X射线衍射仪分析Ta涂层的物相结构,采用扫描电子显微镜观察Ta/Cr复合涂层表面和截面的形貌特征,测量其厚度,观察截面致密度。利用纳米压痕仪测试Ta/Cr复合涂层的力学性能,利用洛氏硬度计和划痕仪测试涂层与基体的结合情况,并利用摩擦磨损仪对材料的耐磨性能进行测试。结果缓冲层厚度在447~1283 nm时,可以得到单一物相的α-Ta涂层;缓冲层厚度为1283 nm时,Ta涂层具有优异的力学性能,硬度达到11.42 GPa,弹性模量为179 GPa,且界面结合力超过30 N,并且表现出优异的摩擦磨损特性,摩擦因数仅0.3~0.4,磨损率低至0.011×10^(-6) mm^(3)/(N·m)。结论Cr缓冲层厚度的变化显著影响Ta/Cr复合涂层的物相结构、晶粒尺寸及表面形貌,进而影响基体与Ta涂层间的结合力以及涂层的力学性能,引入一定厚度的Cr缓冲层有利于制备优异力学和摩擦磨损性能的α-Ta涂层,且与基体结合性能良好。

新型高温陶瓷天线罩材料的研究进展

导弹天线罩是保护导弹导引头天线在恶劣的环境下能正常工作的一种装置,其性能直接影响导弹的制导精度。天线罩材料经历了如下发展路径:氧化铝陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→陶瓷基复合材料,并逐步向宽频带、多模通讯与精确制导方向发展。近年来,陶瓷基高速导弹天线罩技术发展十分迅速,重点介绍了高温陶瓷导弹天线罩的主要材料体系,并对各种体系陶瓷天线罩材料的特点及国内外研究现状进行了评述。

阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料制备技术的研究

通过正交试验研究制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料。结果表明:阿利特和硫铝酸钡钙矿物能够共存于同一熟料体系,这为合成阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料奠定了重要基础;对该熟料力学性能影响程度最大的因素是矿物设计比例,其次是做烧温度,各因素的最佳水平分别为矿物设计比例C_3S:C_2S:C_(2.75)B_(1.25)A_3S=15:15:65,煅烧温度为1350℃,Fe_2O_3掺加量为1％,CaF_2掺加量为2％;同时,在最佳水平条件下制备的熟料1d,3d和28d抗压强度分别达到51.7MPa,77.0MPa和79.5MPa,展现出良好的早期力学性能。同时利用XRD和SEM-EDS对熟料矿物组成及结构进行了分析。

石墨/聚合物复合材料双极板的研究进展

评述了采用石墨/聚合物复合材料制备质子交换膜燃料电池双极板的研究进展,主要分析了原材料、制作工艺对复合材料电导率、力学强度等性能的影响,并介绍了赋予此类双极板内增湿功能的研究概况,预示了燃料电池用双极板的发展方向。

溶胶凝胶法制备α-Al_2O_3纳米材料团聚控制研究新进展

从溶胶制备、凝胶干燥和粉末培烧三个方面综述了纳米α-Al_2O_3制备过程中团聚的机理和控制措施。表明制备溶胶时选用合适的pH值、加入高分子分散剂,溶胶干燥时采用低表面张力的有机溶剂,喷雾干燥、冷冻干燥,培烧时加入晶种有助于制备小粒径的α-Al_2O_3纳米材料。

铁电-铁磁复合材料的研究现状及发展趋势

铁电-铁磁复合材料是一种由铁电相和铁磁相复合而成,具有磁电转换功能的新材料,它具有广阔的应用前景。系统地介绍了铁电-铁磁复合材料的原理、性质及研究进展,最后对存在的问题及发展趋势作了分析。

空心碳球负载二硫化硒复合材料作为锂离子电池正极材料

制备了一种空心碳球负载二硫化硒(SeS_2@HCS)复合材料作为锂离子电池正极材料。通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)以及氮气吸脱附测试(BET)等对产物形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,采用模板法结合化学聚合法可以合成形貌均一、单分散的空心碳球;其直径约为500 nm,壁厚约为30 nm。进一步采用熔融灌入法可以得到空心碳球负载二硫化硒复合材料。将所制备复合材料组装成电池进行电化学性能测试,与原始二硫化硒块体材料相比,SeS_2@HCS复合材料具有更高的初始容量(100 m A?g^(-1)电流密度下,初始放电容量为956 m Ah?g^(-1))和更长的循环寿命(100 m A?g^(-1)电流密度下,循环200圈),同时显示出更优异的倍率性能。研究结果表明该复合材料是一种具有应用前景的新型锂离子电池正极材料。

基于SHS技术制备铸造钢基TiC-Fe梯度复合涂层及其界面结构

基于自蔓延高温合成(SHS)技术,在碳钢的铸造过程中,同步合成了厚10mm的TiC-Fe金属陶瓷复合涂层。采用X射线衍射(XRD)确定了合成涂层的相组成,并分别用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析了涂层的显微组织及其与钢基体的界面结构。实验结果表明,合成的涂层除表面2mm的区域外,其它部分均具有较致密的结构。而且,涂层中原位合成的TiC颗粒的数量和尺寸均沿涂层的厚度方向逐渐递减,直至与钢基体实现梯度复合。初步认为,浇铸的钢液向Ti-C-Fe预制块中的渗透以及预制块中Fe粉的熔化对上述梯度复合涂层的形成起到了积极的作用。

环氧树脂/改性AlN导热绝缘复合材料的制备与性能研究

将改性后的高导热的AlN与环氧树脂(EP)进行复合制备了EP/改性AlN导热绝缘复合材料。研究了改性AlN的含量对EP/改性AlN复合材料的导热性能、电绝缘性能、粘接性能、热稳定性能及微观结构的影响。结果表明,当AlN体积分数为30%时,EP/改性AlN复合材料的热导率达到0.75 W/(m.K),约为EP的4倍;线胀系数为6.3×10-5K-1,仅为EP的50%左右;体积电阻率为1×1013Ω.cm,具有电绝缘性能。EP/改性AlN复合材料具有优于EP的粘接能力。

纳米羟基磷灰石复合材料作为污水处理吸附剂的研究进展

羟基磷灰石(HAP)是牙齿和骨骼的主要无机矿物成分,具有良好的生物相容性。除了作为骨替代材料,HAP对于污水中危害人体健康的物质(重金属离子、阴离子以及有机物)也表现出良好的吸附去除能力,特别是纳米HAP具有更优良的吸附性能。但是由于纳米HAP易团聚,限制了其应用。随着纳米技术的发展,在纳米HAP基础上开发出的具有高效吸附性能的新型环境友好复合材料在污水处理中显示出广泛的应用潜力。本文从制备技术、应用领域、吸附机理方面综述了近几年来纳米HAP复合材料作为污水处理吸附剂的研究进展。

CaF_2烧结助剂对热压烧结AlN-BN陶瓷复合材料的影响

用热压工艺制备了AlN-BN复合陶瓷材料,研究了不同含量CaF_2烧结助剂对致密化、介电和热导性能的影响.研究表明:CaF_2添加剂可促进材料致密化,净化材料晶界,优化材料的综合性能.热压1850℃保温3h可获得高致密度的烧结体,添加3wt%～4wt%的CaF_2,可获得98.53%～98.54%的相对密度.制备的AlN-BN复合材料其介电常数在7.29～7.60之间,介电损耗值最小为6.28×10^(-4),添加3wt%的CaF_2获得的热导率为110W·m^(-1)·K^(-1).

SiC_p/Al复合材料的SPS烧结及热物理性能研究

采用纯粉末,通过SPS烧结制备了组织均匀、致密且体积分数高的SiC_p/Al电子封装材料．通过对SPS烧结现象的研究,认为该复合材料的SPS烧结过程属于反应性烧结,大部分收缩在极短时间内完成；另外对SiC体积分数和SiC颗粒尺寸对热导率、热膨胀系数的影响进行了研究,发现SiC体积分数越高,复合材料的热导率和热膨胀系数越低；SiC颗粒粒径增大,复合材料的热导率增高,而热膨胀系数减小．