仿生层状骨架结构的可控构筑及其显微结构表征

发展兼具轻质、高强、高韧的高性能新材料始终是工程材料领域长期追求的目标之一。然而,高强和高韧、高强和轻质之间通常是相悖的。自然界中很多天然材料巧妙地解决了这一问题,受此启发,采用冰模板法实现了一系列仿生层状骨架结构的可控制备,并利用扫描电子显微镜对其显微结构进行了系统的结构表征,这些骨架结构有望成为新的结构增强基元,实现复合材料力学性能的提升。实验结果表明:与单向冰模板法相比,双向冰模板法制备的层状结构具有更高的有序度;通过精准调控浆料中氧化铝的含量,实现了层间次级结构从凸起、半连接到完全桥连的可控制备;同时,氧化铝层厚度可实现由8μm~20μm,层间距由65μm~50μm的连续可控调节;值得注意的是,双向冰模板法制备层状骨架的实验方法具有普适性,成功实现了多种层状陶瓷基、金属基骨架结构的可控制备。

仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备方法

以碳纳米管(carbon nanotube, CNT)和石墨烯(graphene)为代表的新一代碳纳米材料,由于其优异的力学性能和独特的结构而成为金属基复合材料的理想增强体。材料复合化可以提高金属材料的强度,但是会导致"强韧性倒置"的矛盾,从而限制高性能复合材料的开发及其在工业上的应用。启迪于自然界贝壳珍珠层的"砖-泥"结构,进行仿生层状构型设计,是解决这一问题、制备轻质高强超韧复合材料的有效手段。文章就国内外仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备工艺进行综述并提出一些思考。

仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备方法分析

碳纳米管、石墨烯等新型碳纳米材料在工业生产和日常生活中应用广泛,具有优良的力学性能和独特的构成,是金属复合材料的理想增强体。文章对仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的相关制备方法进行了全面分析和探讨,提出制备轻质高强度复合材料的有效手段,有效提高金属复合材料的制备质量。

楔形角度和分散剂对双向冷冻法制备仿生层状陶瓷显微结构的影响

采用双向冷冻铸造技术制备仿生层状氧化铝陶瓷骨架,考察了楔形角度和分散剂对层片取向、层间距及层间矿物桥的影响,并通过陶瓷骨架显微结构分析探讨了二者对层片生长的作用机理。结果表明:通过改变楔形角度可以调控冷冻铸造中横向温度梯度,进而实现陶瓷层片的有序生长;此外,通过引入分散剂改善陶瓷浆料的流动性,能够进一步提高陶瓷层片的有序性,并有助于层间连通矿物桥的生成。当楔形角度为20°时,可以获得长程有序的仿生层状氧化铝陶瓷骨架,并且分散剂的加入使陶瓷骨架的总气孔率略微增大。

氧化铝层状自润滑复合陶瓷的宏/微观结构设计及性能调控

自润滑复合陶瓷是极端环境服役运动部件的最佳候选材料之一,其中仿生层状结构自润滑复合陶瓷由于具有优异的综合性能而倍受人们的青睐。基于宏/微观结构设计是实现其结构/润滑功能一体化和可靠性提升的关键。本文结合作者所在课题组的相关工作,综述了层状结构几何参数和界面微结构、参数与组分对氧化铝层状自润滑复合陶瓷力学性能、摩擦学性能和服役可靠性的影响规律及作用机制,并提出了层状自润滑复合陶瓷的结构与界面优化设计准则,以期指导自润滑复合陶瓷性能提升和推动其在高技术装备中的应用。

新型陶瓷材料的特性与技术发展

综述了新型陶瓷材料的分类、特性及需求,阐述了其在航空航天、汽车、轴承、军事等方面的应用,着重探讨了新型陶瓷材料研究近况与发展趋势。