一种互穿网络结构的碳化物陶瓷-铜双连续相复合材料及其制备方法

专利申请号:2022114579372公布号:CN115747559A申请日:2022.11.21公开日:2023.03.07申请人:昆明冶金研究院有限公司北京分公司本发明公开了一种互穿网络结构的碳化物陶瓷-铜双连续相复合材料及其制备方法。该材料中碳化物陶瓷的体积分数为40%~60%,其余为铜或铜合金。碳化物与金属相铜或其合金各自呈三维连续网络分布,在空间呈网络交叉结构。采用固体和气体双碳源碳热还原金属氧化物的方法,制备多孔金属碳化物预制体,在通过铜或铜合金无压熔渗得到碳化物-铜基双连续相复合材料,获得两相均匀分布的三维互穿网络双连续相复合材料。

泡沫铝-环氧树脂互穿相复合材料压缩力学性能

通过一系列准静态压缩实验研究了纯泡沫铝、纯环氧树脂及三种不同体积分数的空心玻璃微珠(HGB)泡沫铝-环氧树脂互穿相复合材料(IPC)等五种材料压缩的变形过程和破坏形貌,分析了其破坏机制,并对三种IPC进行了应力松弛实验。通过绘制应力-应变曲线,分析了其变化规律,得出了有效弹性模量、屈服极限等力学性能及能量吸收特性。结果表明:三种IPC的有效弹性模量、屈服极限及比强度、比刚度均较纯泡沫铝有较大的提高,泡沫铝-环氧树脂的单位体积吸能率最大,且吸能率随空心玻璃微珠体积分数的增加而减小。泡沫铝-环氧树脂IPC有效弹性模量的预测结果与实验值较为符合。应力松弛率随空心玻璃微珠体积分数增加而增大。

基于三重周期极小曲面的3D打印互穿相复合材料的力学性能

互穿相复合材料(Interpenetrating phase composites,IPCs)由于其各相的相互连接性,与用纤维、分散颗粒等作为增强相的传统复合材料相比,具有更好的力学性能。基于动物仿生构建的三重周期极小曲面(Triply periodic minimal surface,TPMS)超材料结构是一种规律且复杂的拓扑结构,呈现出如无应力集中、高比吸能、高比强度等优异的力学性能。随着增材制造的发展,使得制备可设计的、复杂拓扑的IPCs结构成为可能。本文通过Polyjet多材料3D打印技术制备出基于TPMS的IPCs聚合物结构,并对其力学性能进行了实验研究,该IPCs结构由增强相和基体相两相组成,其中增强相采用2种TPMS(Gyroid曲面和Schwarz P曲面,简称为G曲面和P曲面)的2种拓扑(外壳拓扑和立体拓扑)结构,增强相间的孔隙部分由较软的基质材料填充。研究结果表明,在3种增强相相对密度(25%、35%、50%)下,G曲面外壳拓扑IPCs结构相比于所研究的G曲面立体拓扑、P曲面立体拓扑和外壳拓扑的IPCs结构具有更优的力学性能和整体稳定性;由于具有高刚度、高强度以及屈服后的平缓上升平台,G曲面外壳拓扑IPCs结构可在能量吸收等方面有较大的应用前景。

聚硅氧烷互穿聚合物网络研究及应用

聚硅氧烷性能优异,如表面能低、优异的热稳定性、低温柔顺性和气体与水汽渗透性等。由于分子间的作用力较弱,聚硅氧烷力学性能欠佳,在某些领域的应用受到了限制。聚硅氧烷与有机聚合物或无机高分子形成互穿聚合物网络,不仅可以弥补聚硅氧烷在力学性能的不足,且能改善有机聚合物或无机高分子的表面特性、传输性质和柔顺性等性能,使互穿聚合物网络兼有两者的独特性能。本文较详细论述了几类主要的聚硅氧烷互穿聚合物网络的研究状况与应用,并展望未来的发展方向。