陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。

C/SiC复合材料数据库及机器学习性能预测平台的设计与开发

以MySQL Workbench 8.0为数据库平台,采用三层浏览器/服务器架构,利用PyCharm 2022开发了一套基于Web界面和机器学习技术的C/SiC复合材料数据库系统,该系统包括材料数据库和机器学习模型2部分,具有对材料组分结构、制备工艺、试验性能等材料研发各阶段的信息查询、添加、修改、删除、搜索以及支持信息管理、设计分析视图、案例推理辅助设计、用户与系统管理等功能。基于神经网络回归算法训练机器学习模型,利用材料微观结构参数预测材料力学性能,对不同微观结构参数的影响权重进行评价,并部署在系统平台中;通过Web用户界面调用机器学习模型,对预留的验证集数据进行拉伸模量和弯曲模量预测。结果表明:机器学习模型预测材料力学性能的精度达到95%左右,训练出来的预测模型具有良好的精度与泛化能力。

C/SiC复合材料微孔的电镀金刚石钻头钻削加工

用金刚石基本颗粒尺寸分别为20~30,36~54和63~75μm,直径在0.280~0.440 mm范围的6种电镀金刚石钻头,钻削三维针刺毡基C/SiC复合材料微孔,测试6种钻头的最佳加工工艺参数,分析工艺参数及金刚石基本颗粒尺寸、钻头直径等对微孔加工质量、加工效率的影响。结果表明:在相同钻削速度条件下,进给速度越低时,加工的微孔质量越好;钻头电镀的金刚石磨粒基本颗粒尺寸越大,其钻削效率越高;在6种钻头中,直径为0.300 mm的基体上电镀63~75μm的磨粒,直径为0.200 mm的基体上电镀36~54μm的磨粒,能够获得更优的钻孔性能。

我国聚丙烯腈碳纤维工业的现状

我国碳纤维工业正面临着大发展的机遇，最关键的问题是解决国产碳纤维的预浸料工艺，同时要研究高性能的ＰＡＮ原丝，进一步提高碳纤维的性能，并对研究方向和内容提出了一些设想。

C/C复合材料摩擦磨损性能研究

综述了国内外对 C/C 复合材料摩擦磨损性能的研究现状。指出 C/C 复合材料的摩擦磨损机理为机械磨损和氧化磨损。在高温下(500℃以上)C/C 复合材料的磨损是机械磨损和氧化磨损共同作用的结果,而氧化是磨损的根本原因;影响 C/C 复合材料摩擦磨损性能的因素有材料本身的因素,如复合材料的热解炭结构、密度、石墨化度、防氧化涂层等,也有实际操作条件的因素如刹车环境、刹车过程中的刹车速度、刹车能量等。提出对不同工艺制备的C/C 复合材料的摩擦磨损性能有待于进一步研究。

碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料性能研究

以玻璃纤维毡和玻璃纤维布为夹芯材料、碳纤维为表层材料,制备了混杂纤维增强复合材料,测试了在不同碳纤维含量和不同碳纤维铺层方向时增强复合材料的纵向拉伸强度和冲击强度等力学性能。结果表明:该混杂方式经济且有效。

CFRP密封动环的研制

针对耐腐蚀泵密封动环常用材料存在易碎、强度低等问题，采用炭纤维增强酚醛树脂做耐腐蚀泵密封动环，分别对密封动环的配方、工艺、耐蚀性能、耐磨性进行了研究，并在耐腐蚀泵生产厂装机试验，实践证明ＣＦＲＰ（炭纤维增强塑料）做密封动环使用寿命为石墨环的２～３倍。

复合材料编织带平面承力层结构有限元模型

为准确地对编织式复合材料编织带所构成的承力层进行仿真模拟,基于编织带的力学特点,建立了薄膜单元与混合单元2种具有不同承力性能的编织带壳单元接触模型,以模拟平面柔性编织带承力层的应力与变形,对比分析了在常规压力载荷作用下,有限元模型选择对承力层应力与变形的影响。结果表明,相互交错布置的编织带承力层,在局部均匀压力载荷作用下,因相互之间的接触而使编织带呈现特殊的力学特性;承力层有限元模型只考虑薄膜应力会过高估计编织带的承载能力,混合单元有限元模型可更真实地模拟编织带承力层结构的力学特性。

超声振动辅助铣磨加工工艺对C_f/SiC复合材料加工表面质量的影响

设计了两种超声振动辅助铣磨加工试验,并与普通铣磨加工方式相对比,试验研究了三种不同加工方式下铣磨难加工复合材料C_f/SiC的加工缺陷及表面粗糙度。试验结果表明:施加了纵向振动与沿进给方向振动的两种超声振动后,C_f/SiC复合材料的纤维拔出与崩边缺陷明显减少,底面凹坑缺陷也得到了有效抑制;采用纵向超声振动辅助铣磨时加工质量要优于沿进给方向超声振动辅助铣磨的加工效果。与普通铣磨相比,两种超声振动辅助铣磨均可有效降低表面粗糙度。各磨削要素对不同铣磨加工方式下C_f/SiC材料的表面粗糙度影响关系为:表面粗糙度随主轴转速增加而降低,随进给速度、磨削深度的增加而增加,随着超声振幅增大,表面粗糙度先减小后增大。研究表明,在优化的振幅下采用纵向超声振动辅助铣磨方式可以更大幅度地改善C_f/SiC复合材料的表面质量。该研究对难加工复合材料的高性能加工具有实际指导作用。

炭/炭-碳化硅汽车制动材料的研究

将自主研发的炭/炭-碳化硅制动盘配对不同材质的制动副进行了汽车台架试验,对比分析了不同制动副的制动性能。结果显示,炭/陶制动盘摩擦系数稳定、无制动衰减、磨损量小且无噪声,表明炭/陶制动材料的应用能够提高汽车安全性、操控性和驾驶舒适性,并降低油耗,因此具有广阔的应用前景。

不锈刷镀层的组织结构及其与基体的结合力

用划痕法对不同硬度基体上刷镀的Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ镀层与基体的结合力进行了研究。结果表明，划痕法用于定量测量结合力具有方便、快速的优点，基体硬度对结合力有影响，随着基体硬度降低（接近镀层硬度），结合力增大。此外，还通过透射电镜对镀层的精细结构做了初步分析。

SiC改性涂层石墨基体表面抗氧化性能研究

以Si粉和碳粉为包埋粉,通过包埋法在石墨基体材料表面制备了SiC抗氧化涂层,但发现涂层疏松多孔、不连续,导致其氧化防护能力弱,为了提高石墨基体材料的高温抗氧化性,分别在包埋粉中掺杂Cr粉和W粉,对涂层进行改性。结果表明,经Cr粉改性后的涂层致密连续,表面平整,制备涂层后的试样在1650℃下进行2h氧化实验,未掺杂金属粉的试样氧化失重率为0.46%;经Cr粉改性后,试样的氧化失重率为0.08%,涂层抗氧化性得到显著提高。但经W粉改性后的试样,由于W粉的热膨胀系数较大,且改性过程是物理改性导致其氧化失重率达到1.34%。

新型石墨烯/聚苯胺/银基复合材料的制备

通过对石墨烯(GN)制备、结构改性及与聚苯胺(PANI)、银粒子(Ag)的复合,设计了制备GN/PANI/Ag新型电极复合材料的工艺路线。首先利用Hummers氧化还原法将石墨氧化成氧化石墨烯,利用硼氢化钠将氧化石墨烯还原成石墨烯,将石墨烯与聚苯胺、银粒子反应,最后制得了GN/PANI/Ag复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),热重分析(TG)和电导率测试对GN和GN/PANI/Ag的形貌,热稳定性和电化学性能进行了分析研究。结果表明,聚苯胺类衍生物、石墨烯以及银粒子三相在整个复合材料中共存,材料的复合使体系热稳定性和电化学性能得到提高。