钨纤维增韧钨基复合材料的研究进展

钨纤维增韧钨基复合材料作为一种理想的面向等离子体材料,可以不需要引入其他合金元素,通过充分发挥钨纤维本身的优异性能而提升其韧性。对钨纤维增韧钨基复合材料的增韧机理、增韧相类型、制备方法的研究现状进行了综述,重点介绍了钨纤维表面改性、钨纤维体积分数以及烧结温度对复合材料性能的影响,指出了该复合材料今后的研究方向。

纤维增韧水性环氧乳化沥青混合料性能研究

为提升水性环氧乳化沥青混合料的韧性,采用3种不同类型的纤维材料,分别为木质素纤维、聚酯纤维和玄武岩纤维,并探究它们在不同掺量(0.2%,0.4%,0.6%)下对水性环氧乳化沥青混合料路用性能的影响规律,对9组纤维改性后的水性环氧乳化沥青混合料进行了马歇尔稳定度试验、单轴压缩蠕变试验、低温劈裂试验、冻融劈裂试验、动态模量试验和间接拉伸疲劳试验,得到了马歇尔稳定度、蠕变变形量、破坏拉伸应变、冻融劈裂抗拉强度比、动态模量和疲劳寿命等评价指标结果,并与空白样的各项性能进行了对比分析。研究结果显示:纤维的掺加增加了混合料的最佳乳液含量,并显著增强了集料间的黏结力,从而有效改善了混合料的抗水损害能力。同时,纤维改性对水性环氧乳化沥青混合料的韧性和扩张力也有显著影响,经过纤维增韧处理的混合料在低温劈裂试验中的破坏拉伸应变最大可提升33.6%。基于纤维在提升水性环氧乳化沥青混合料性能方面的效果进行排序,玄武岩纤维表现最佳,其次为聚酯纤维,而木质素纤维排在第3。综合考虑路用性能和经济性,木质素纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维的推荐掺量分别为0.2%,0.2%,0.4%。值得注意的是,高掺量的纤维可能导致其在混合料中分散性差,形成力学薄弱点,因此在选择纤维掺量时应对其予以谨慎考虑。

钢纤维增韧混凝土抗冲击性能研究综述

对钢纤维增韧混凝土抗冲击性能展开了研究,研究了在不同应变率和钢纤维体积掺量的条件下,混凝土动态峰值压应变、吸能能力、动态弹性模量增长系数和动态抗压强度增长系数的变化。结果表明:钢纤维增韧混凝土的动态峰值压应变、吸能能力、动态抗压强度增长系数和动态弹性模量增长系数均随应变率的增加而增加。随着钢纤维体积掺量增加,混凝土动态抗压强度和吸能能力逐渐增加,动态弹性模量增长系数逐渐减小。适量钢纤维可以提高混凝土的动态峰值压应变,当钢纤维掺量为1.5%时,混凝土动态峰值压应变达到最大值,掺入过多钢纤维会导致峰值压应变降低。建立了钢纤维增韧混凝土动态弹性模量增长系数、动态抗压强度增长系数和能量吸收、动态应变率和钢纤维体积掺量的计算式。

静电纺丝增韧碳纤维复合材料研究进展

碳纤维复合材料因性能优异而被广泛应用于许多尖端领域,以碳纤维增强树脂基复合材料为主要代表。然而,树脂基体自身的脆性,以及复合材料较差的层间断裂抗性仍然是阻碍碳纤维复合材料发展的瓶颈。静电纺丝是一种高效且灵活的纳米纤维制备方法,所制备的纳米纤维具有高孔隙率、低密度、高比表面积等优点,可以通过改善碳纤维表面、增强树脂基体以及两者之间的界面黏结作用,实现多种机理的层间增韧。本文从树脂基体切入,分为层间颗粒增韧、层间纤维膜增韧及复合纳米增韧三部分讨论了近三年的研究成果,并指出了层间增韧领域未来的研究方向。

纤维增韧地聚物混凝土力学性能与微观结构

为改善地聚物延性较差的缺点,采用镀铜微细钢纤维与聚丙烯纤维制备了不同纤维类型、布置形式与体积掺量的纤维增韧粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土,对其力学性能进行了试验研究,并通过扫描电子显微镜从微观层面解释了不同布置形式的纤维增韧机理。结果表明:钢纤维与聚丙烯纤维分别以拔出与断裂的形式有效地阻止地聚物混凝土裂缝的发展;对于整体式单掺钢纤维与整体式混掺纤维地聚物混凝土试样,其劈裂抗拉强度与抗折强度均得到显著提升;层布式钢纤维地聚物混凝土试样可达到与整体式纤维地聚物混凝土相当的力学性能且前者的纤维用量仅为后者的40%左右;与整体式纤维增韧机理不同,层布式钢纤维地聚物混凝土试样中双层钢纤维相当于“双层弹性板”,除了聚丙烯纤维以及钢纤维的“桥接”作用,还可与基体周围的钢纤维互相交叉形成网状结构,钢纤维网状结构之间的相互作用限制了纤维的相对位移,显著提升了试样的力学性能。

碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料研究进展综述

碳化硅纤维增韧碳化硅(SiC_(f)/SiC)复合材料具有优异的力学性能,以及耐高温、耐氧化、耐腐蚀、抗辐照和抗蠕变等一系列优点,在核能、航空航天、深海探测、轨道交通等诸多领域有着广阔的应用前景。从结构组成来看,SiC_(f)/SiC复合材料主要由三大结构单元组成:纤维、基体、界面相。高强度、近化学计量比、低氧含量碳化硅纤维的研制,是获得耐高温、耐氧化、抗辐照的碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的关键。裂解碳/碳化硅多层复合界面相在航空航天领域具有较好的应用前景,新型的RE_(3)Si_(2)C_(2)涂层在耐高温氧化方面具有潜在的优势,而三元层状过渡金属碳化物界面层则可能是未来制备核用SiC_(f)/SiC复合材料的候选方案之一。而SiC_(f)/SiC复合材料的制备工艺各具优劣,针对不同的应用环境,可选择不同的制备工艺,多种制备工艺联用在制备高致密高热导力学性能优异的复合材料方面具有显著优势。此外,由于SiC_(f)/SiC复合材料难以一次成型制备出复杂形状的大尺寸构件,因此,SiC_(f)/SiC复合材料的可靠连接技术也是其走向应用必须解决的关键问题之一。针对SiC_(f)/SiC复合材料的研究热点问题,概述了目前国内外关于SiC_(f)、界面相、复合材料的制备方法以及连接技术等研究进展,以期为同行研究者与工程技术人员提供参考。

高熵碳/氮/硼化物陶瓷的增韧研究进展

高熵碳/氮/硼化物陶瓷因其出色的热稳定性和耐腐蚀性备受关注,然而由于其固有的脆性导致其断裂韧性相对较低,容易在受到外力作用时发生断裂,这限制了其在工程领域的应用。目前对于增韧高熵碳/氮/硼化物陶瓷的系统性综述还较为缺乏。因此,本文总结并对比了高熵碳/氮/硼化物陶瓷材料的增韧技术,并深入介绍了增韧的机制。这些增韧机制通常是多种机制的综合作用,形成协同韧化效应。未来高熵碳/氮/硼化物陶瓷应用前景广阔,可以在多种领域作为不可替代的高性能产品。

粗骨料及混杂纤维对UHPC力学性能的影响

为评议粗骨料超高性能混凝土(CA–UHPC)的基体配合比设计方法及探究混杂纤维对其力学性能的影响,基于修正的安德森(MAA)模型提出CA–UHPC基体配合比的两种设计思路,对不同粗骨料体积掺量(10%,12%,14%,17%)及混杂纤维形式(平直钢纤维、端钩钢纤维、共聚甲醛(POM)纤维)的CA–UHPC开展轴拉试验、抗压强度及工作性能测试及微观结构分析.结果表明:采用MAA模型计算CA–UHPC的基体配合比,不论是否将粗骨料引入计算体系,均可实现CA–UHPC的紧密堆积状态,两种思路设计的CA–UHPC中粗骨料–UHPC基体界面及纤维–UHPC基体界面的粘结强度均较高;制备的混杂纤维CA–UHPC可实现工作性能与轴拉韧性的协同提升,其中平直钢纤维与端钩钢纤维混杂的CA–UHPC具备更优异的轴拉韧性,平直钢纤维与POM纤维混杂的CA–UHPC具备更优异的工作性能;拔出的POM纤维表面存在较多的细长絮状物,说明POM纤维对CA–UHPC轴拉韧性提升的机理为优异的化学粘结作用.

纤维增韧高强轻骨料混凝土力学性能与微观结构

采用碎石型高强页岩陶粒制备了不同纤维类型和体积分数的LC60级纤维增韧高强轻骨料混凝土,研究了其力学性能,并从微观尺度揭示了纤维增韧机理.结果表明:高强轻骨料混凝土界面的黏结性能优于普通混凝土;纤维能够有效阻止高强轻骨料混凝土裂缝的发展,还可适当提高其抗压强度,并明显提高其抗折强度和劈裂抗拉强度,起到增强增韧的作用;钢纤维与水泥浆体的黏结性能良好,碳纤维可在高强轻骨料混凝土中均匀分散且与水泥浆体的黏结性能良好;相同体积分数下,碳纤维的增韧作用优于钢纤维.

纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明:轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。

纤维增韧陶瓷基复合材料界面相的作用及其设计

本文综述了陶瓷基复合材料界面相的作用及其设计。指出：陶瓷基复合材料的界面性能决定其力学响应。界面相的保护作用要求其具有化学相容性和高温稳定性。通过对界面相材质的选择、组织结构及其厚度的控制进而可调节脱粘面上的滑移阻力。

纤维增强陶瓷基复合材料中纤维增韧分析模型

对于单向纤维增强陶瓷基复合材料，在考虑纤维桥联和纤维拔出两种主要增韧机理的基础上，建立了研究紧凑拉伸试样断裂行为的理论模型，并利用该模型计算了裂纹扩展的Ｒ阻力曲线和载荷／位移曲线。计算结果表明：由于纤维桥联与拔出，使得Ｒ曲线和载荷／位移曲线呈现明显的非线性行为，纤维桥联是主要增韧机制。体积分数５０％ＳｉＣｆ／ＬＡＳ复合材料断裂韧性的计算值与实验值吻合。

含水率及加载速率对纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性的影响

试验中观察到含水率及加载速率对钢纤维、粗合成纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性测试中的脆断概率影响显著,为此,研究了这2个试验条件对弯曲韧性测试的影响.试件在(20±2)℃、(60±5)%相对湿度条件下分别干燥0,16,24及72 h,获得不同程度的干湿状态;然后按照ASTM C1609及CECS 13的三分点加载,以0.05 mm/min加载速率测试弯曲韧性.对于干燥时间分别为24和72 h的试件,以0.05,0.10及0.20 mm/min加载速率分别测试其弯曲韧性.结果表明,随着含水率降低,第一峰值弯曲强度明显降低;未经干燥的水饱和试件弯韧试验中均发生脆断,但经干燥非饱和试件的特定挠度下残余弯曲强度、弯曲韧性T100,2.0随含水率降低而呈现降低趋势.纤维增韧喷射混凝土第一峰值强度、残余弯曲强度、弯曲韧性随加载速率提高而增大;配合比相同时,相对含水率较高,上述抗弯性能随加载速率提高而增大的趋势更为明显;其原因可以解释为受孔隙中自由水Stefan效应引发黏聚力作用.

连续纤维增韧陶瓷基复合材料的内耗机制与损伤表征

总结了连续纤维增韧陶瓷基复合材料(CFCC)的内耗机制,回顾了有关内耗与损伤行为之间关系的研究成果,并以此为据提出了以内耗表征CFCC环境腐蚀行为的方法。结合笔者关于CFCC腐蚀行为对其内耗行为影响的探索性研究,证实该方法可行,尤其是对纤维和纤维/基体之间界面的氧化行为表现出高度的敏感性。

基体改性对碳纤维增韧碳化硅复合材料结构与性能的影响

采用化学气相浸渗法对2DC/SiC复合材料进行基体改性,制备了二维碳纤维增韧碳–碳化硅二元基复合材料(twodimensionalcarbonfiberreinforcedC–SiCbinarymatrixcomposites,2DC/C–SiC)。2DC/C–SiC复合材料的基体为热解碳和碳化硅交替叠层的多层基体。研究了2DC/C–SiC复合材料的微观结构,比较了2DC/SiC复合材料和2DC/C–SiC复合材料的力学性能及断口形貌。结果表明:2DC/C–SiC复合材料可在基本保持2DC/SiC复合材料抗弯强度的基础上,其断裂韧性得到显著提高。基体改性的效果明显。纤维的逐级拔出是断裂韧性提高的原因。

纤维增强复合材料桥联增韧模型

提出一个纤维增韧模型和一个桥联本构函数,考虑到界面滑移和分离特性,运用建立在纤维强度基础上的韦布尔分布来模拟有效的桥联裂纹长度.当桥联载荷、总体外载荷、桥联应力和桥联应力强度因子之间的关系联合求解时,描述了一个完全的桥联轮廓.对纤维增强复合材料作数值计算,结果表明,计算值和现有实验值吻合得较好.建立在数值结果基础上,提出一个有限元法,通过比较半裂纹展开位移,证实提出的模型和函数对模拟桥联律是有效的.

基于短纤维增韧的复合材料制孔毛刺和分层抑制研究

由于复合材料的各向异性、树脂导热性差和层间韧性低,在二次机械加工特别是钻削制孔过程中,复合材料易产生毛刺、分层等缺陷和损伤,将短纤维层间增韧方法用于钻削损伤的抑制研究。制备低密度芳纶短纤维薄膜,采用低压接触成型工艺制备了含短纤维增韧与未增韧的复合材料层合板,进而在加工试验台上进行钻削试验。通过对试件加工孔的红外无损检测和显微观测,研究转速和短纤维增韧对复合材料制孔损伤的影响,结果表明提高转速和短纤维界面增韧可改善制孔质量。基于短纤维与基体间相互作用,揭示其增韧机理是由于短纤维在层间形成的丰富桥联抑制了分层扩展,同时短纤维与层间树脂复杂的破坏机制而产生额外的能量耗散,并讨论短纤维参数对增韧效果的影响。该方法为复合材料高质量加工提供借鉴意义。

二烯丙基双酚A醚接枝聚乙烯增容聚碳酸酯/聚乙烯合金中的纤维化增韧现象

采用二烯丙基双酚A醚 (DBAE)接枝聚乙烯 (DBAE g PE)作为聚碳酸酯 (PC) /聚乙烯 (PE)合金的增容剂 ,通过测试合金的冲击强度和裂纹扩展功 (G1C)发现 ,PC含量约为 15份时 ,被增容的合金出现超常的增韧现象 .对合金的断裂表面形态用扫描电子显微镜 (SEM )观察发现 ,未增容的合金呈典型的脆性断裂 ,增容的合金在PC为 15份时 ,PC出现明显的塑性变形 ,形成纤维 .本文就此提出纤维化增韧机制 ,并结合结构模型用纤维化增韧机制初步解释了PC/PE合金的超常增韧现象 .

无损检测新的机遇与挑战:连续纤维增韧陶瓷基复合材料

新材料和新结构的连续纤维增韧陶瓷基复合材料的无损检测,对无损检测研究人员带来了机遇,也提出了严峻的挑战。同样,准确可靠的无损检测技术也对连续纤维增韧陶瓷基复合材料的优化设计、制备过程控制、成品及服役期质量、材料性能演变与表征等具有重要意义。

纤维增韧反应烧结碳化硅基复合材料的研究现状

综述了纤维增强反应烧结碳化硅(Reaction Bonded Silicon Carbide,RBSC)基复合材料,包括连续长纤维与短纤维增韧RBSC的研究进展.分析比较不同种类的纤维增韧RBSC的工艺特点、增韧机理和陶瓷性能,并对纤维增韧RBSC复合材料的发展前景作了展望.