多层石墨膜-陶瓷复合材料的制备及其导热性能

采用热压成型工艺成功制备了多层石墨膜-陶瓷复合材料,研究了成型工艺参数,如压力、温度对试样Z轴方向导热性能的影响,以及石墨膜层数对复合材料导热性能的影响。结果表明:当成型压力>1 MPa时,陶瓷粘接剂内部会产生裂纹甚至破碎,当成型压力<1 MPa时,陶瓷粘接剂不致密,内部有许多微小的孔洞,当成型压力为1 MPa时,试样内部孔隙相对较少,表面较平整;石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向的导热系数随成型温度升高而增大,随石墨膜层数增加而增大,但其抗弯强度随石墨膜层数增加而降低。当石墨膜层数为5层时,多层石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向导热系数能达到6.5 W·m^(-1)·K^(-1),抗弯强度达到15 MPa,可作为热界面材料,替代导热硅胶片。

调制周期对磁控溅射Cr/类石墨碳多层膜腐蚀-磨损性能的影响

海洋环境用关键运动部件在使用时承受腐蚀与磨损的交互作用,在其表面涂覆耐腐蚀-磨损防护涂层是提高其服役寿命的有效手段之一。本工作采用直流磁控溅射沉积技术在15-5PH不锈钢试样上制备调制周期为940 nm、375 nm和234 nm的Cr/GLC多层膜(分别标记为S1、S2和S3),并通过微观形貌分析、电化学试验、腐蚀-磨损试验分析了调制周期对Cr/GLC多层膜的结构、电化学性能及耐腐蚀-磨损性能的影响。研究结果表明:随着调制周期的缩短,薄膜柱状生长趋势逐渐减弱,膜层更加致密,同时sp^(2)键相对含量逐渐增大,石墨化程度加剧,力学性能更优。在人工海水介质中,随着调制周期的缩短,薄膜层间界面增多,抑制了裂纹的扩展和腐蚀通道的形成,阻碍了腐蚀介质的渗透,多层膜S3的耐腐蚀性能最优。在腐蚀-磨损过程中,由于载荷和腐蚀介质的共同作用,具有致密结构、适宜调制周期的S2薄膜的磨损率仅为2.50×10^(-16)m^(3)/(N·m),表现出最优的耐腐蚀-磨损性能。因此,设计合适的调制周期是提高Cr/GLC多层膜耐腐蚀-磨损性能的关键。

石墨烯膜层对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

通过实验研究石墨烯膜层对树脂基复合材料(Gf/Epoxy)力学性能和损伤模式的影响,实验对象为复材试板及其对比试板,复材试板经过2次固化,将石墨烯膜层嵌于试板内部;对比试板采用相同制造方法,不加膜层。实验结果表明,对比试板主要损伤模式是形成损伤区域、分层、断裂和萌生裂纹,含膜层试板易出现膜层侧和复材间的层间分层;石墨烯膜层能提高Gf/Epoxy复合材料的力学性能,含膜层试板较于对比试板短梁剪切强度提高约15%、拉伸强度提高约22%、三点弯曲强度提高约19%。

镀铜导电陶瓷颗粒Ti_3SiC_2对铜-石墨复合材料性能的影响

采用超声波化学镀覆技术在导电陶瓷颗粒表面,可获得均匀、连续的镀铜层。用粉末冶金法将镀铜Ti3SiC2与铜、石墨制备成镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料,用金相显微镜和扫描电子显微镜观察和分析了复合材料的显微组织和断口形貌,并测试了它们的电阻率、硬度和抗弯强度。结果表明:随镀铜Ti3SiC2含量的增加镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料的导电性、硬度和抗弯强度显著提高,并且各项性能明显优于不镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料。

15-5PH不锈钢表面类石墨碳基多层膜结构设计及摩擦学行为

针对马氏体沉淀硬化不锈钢15-5PH(0Cr15Ni5Cu4Nb)在海水环境中易腐蚀磨损的问题,采用直流磁控溅射的方法在15-5PH钢样片上制备调制周期分别为940、375和234nm的掺杂Cr的类石墨碳基多层膜(分别标记为Cr/GLC-S1、Cr/GLC-S2和Cr/GLC-S3),采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、MFT-5000多功能摩擦磨损试验机等仪器设备系统考察三种类石墨碳基多层薄膜的结构及摩擦学性能。研究结果表明:不同调制周期的类石墨多层膜表面均呈现“菜花状”形貌,随着调制周期的减小,“菜花状”颗粒逐渐减小,膜层变得致密;sp2键含量逐渐增大,石墨化程度加剧,机械性能更加优异。在干摩擦条件下,调制周期适中的Cr/GLC-S2薄膜具有良好的减摩耐磨性能,磨损形式以磨粒磨损为主,而调制周期较大的Cr/GLC-S1和调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜,在高载荷下均发生不同程度的脆性剥落,导致其摩擦学性能劣化。在人工海水环境中,Cr/GLC-S1和Cr/GLC-S2薄膜在中低载荷下的摩擦学性能较好,磨损形式仍以磨粒磨损为主,在高载荷下三种多层膜均发生不同程度的脆性剥落,特别是调制周期较小的Cr/GLC-S3薄膜已失效。针对不同的工况,设计合理的调制周期是提高GLC薄膜摩擦学性能的关键,结果可为类石墨碳基薄膜在海洋防护中的实际应用提供一定参考。

长柱状β-Si_3N_4晶粒与SiC晶须在层状Si_3N_4/BN复合材料中的作用

用 Si C晶须和长柱状β- Si3N4对 Si3N4/ BN层状材料的基体层和分隔层进行了强化。轧膜工艺对 Si C晶须和原料中存在的少量 β- Si3N4晶粒有一定的定向作用 ,而基体层中定向分布的 Si C晶须和长柱状的 β- Si3N4晶粒对基体层的强韧化作用类似于块体材料 ,其抗弯强度和断裂韧性的提高幅度都大于 5 0 % ;分隔层中β- Si3N4的定向度较差 ,但这有利于形成网状结构 ,在分隔层中起到骨架的作用 ,同时还可以增加裂纹的扩展长度 ,改善分隔层与基体层的界面结合状态。最终得到性能最佳的材料的成分为 Si3N4+2 0 wt% Si C晶须 (基体层 ) ,BN+15 vol% β- Si3N4(分隔层 ) ,其断裂功可达 482 0 J/ m2 ,抗弯强度仍可保持在 6 5 0

不锈钢铝复合材料表面微弧氧化陶瓷膜的研究

采用微弧氧化的方法在不锈钢 铝复合材料表面获得陶瓷膜。对该膜层进行了断面形貌观察和X 射线衍射分析、耐磨分析,研究了膜层的厚度随微弧氧化时间的规律,结果表明:陶瓷膜层厚度随时间的增加而增加,但有一个极限值。陶瓷层主要由α Al2O3和γ Al2O3组成。

圆周速度对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响

采用粉末冶金方法制备碳纳米管-银-石墨复合材料,研究圆周速度对复合材料接触电压降的影响。结果表明,当压力一定时,随着圆周速度的增大,复合材料的接触电压降略有增加,而圆周速度增大到一定值后,接触电压降急剧增加并伴有火花磨损出现。压力较小时(1N/cm2)圆周速度为7.5m/s时就出现电火花,压力较大时(2.5N/cm2)圆周速度为15m/s出现电火花。在圆周速度不变的条件下,接触电压降先升后降最后趋于稳定。

两种添加剂对煤族组分制陶瓷-炭复合膜的改性研究

以煤萃取反萃取法分离所得煤密中质组分溶胶为涂覆液,通过添加聚乙二醇和氯化锌两种改性剂,研究了它们对制备的陶瓷-炭复合膜性能的影响,考察了复合膜的孔隙率、纯水渗透率以及对Fe(OH)3胶体和牛血清蛋白溶胶的截留率与改性剂加入量的关系。结果表明:添加5%体积比的聚乙二醇或添加8%质量比的氯化锌,可显著改善所制陶瓷-炭复合膜的性能;添加聚乙二醇可调节涂膜液的稠度,从而有利于涂膜液在支撑体表面形成均匀的膜层;但添加过量,会使涂膜液过稠而变得浑浊,不利于支撑体表面均匀膜层的形成,且容易封堵支撑体孔隙口;添加氯化锌可使其与涂膜液中的溶剂NMP产生较强的相互作用,使NMP对煤密中质组分胶粒的分散能力减弱,涂膜液的黏度显著提高;所制陶瓷-炭复合膜分离层与支撑体复合良好,膜层连续、平整且较均匀;改性剂可使孔径明显减小,从而有利于截留率的提高。

溶胶-凝胶法改性碳纤维增强纳米HA复合材料的制备及性能研究

先对碳纤维进行对氨基苯甲酸预处理,然后通过溶胶-凝胶技术在预处理后碳纤维表面涂覆HA涂层,随后利用粉末冶金技术制备改性碳纤维增强纳米HA复合材料。研究碳纤维的改性工艺,观察改性后碳纤维表面的微观形貌,测量不同碳纤维含量下复合材料的抗弯强度和断裂韧性。结果表明对氨基苯甲酸处理后碳纤维表面形成大量的纵向凹槽,表面粗糙度增加,将其在HA溶胶中提拉5次后可以在表面获得一层致密的、结合性能较好的膜层。烧结产物中HA过渡层可以很好地连接基体和碳纤维,提高纳米HA复合材料的力学性能,当碳纤维含量为3vol%时,溶胶-凝胶改性碳纤维/纳米HA复合材料的抗弯强度达到最大值84.6 MPa,是基体抗弯强度的3.45倍。当碳纤维含量为4vol%时,溶胶-凝胶改性碳纤维/纳米HA复合材料的断裂韧度达到最大值1.92 MPa·m1/2,是基体断裂韧度的2.43倍。

PZT叠层厚膜陶瓷材料性能的研究

使用凝胶流延成型工艺制备了PZT85/15、PZT95/5单组分厚膜及叠层厚膜。通过和单组分厚膜的性能进行对比,分析了叠层厚膜的形貌特征及介电、铁电和热释电性能。结果表明,由PZT85/15和PZT95/5组成的叠层厚膜内部均匀致密,具有良好的介电、铁电和热释电性能,极化后的相对介电常数rε=191.5,介电损耗tanδ=0.7%(温度T=20℃,频率f=1 kHz),热释电系数在41℃时达到峰值8×10-8C/cm2.K,此后下降不明显,从而改善了单组分厚膜相变温区过窄的缺点,达到拓宽相变温区的目的,有望在红外探测和相变换能方面得到更广泛的应用。

硅树脂高温转化陶瓷结合层连接陶瓷材料

由硅树脂作为先驱体,在高温(800～1400℃)转化陶瓷结合层对石墨、SiC陶瓷及3D(dimension)Cf(carbonfiber)/SiC复合材料进 行了连接实验,着重探讨了硅树脂固化裂解过程、裂解温度、保温时间及升温速率对连接性能的影响。研究表明:硅树脂的交联固化主要是通 过消耗Si—OH来完成。对于石墨、SiC的连接,1200℃是较佳的处理温度,而对于Cf/SiC则最佳的处理温度为1400℃。随着保温时间由1 h延长到5h,SiC陶瓷连接强度得到提高,但对复合材料的连接不利。低升温速率(2℃/min)时的连接强度比10℃/min时的高很多。

基于石墨烯的结构-功能一体化复相陶瓷

结构-功能一体化陶瓷已经逐渐成为现代先进陶瓷材料发展的趋势。本文系统总结了目前基于石墨烯的陶瓷复合材料相关研究报道,结合作者在该领域的研究成果,较全面地介绍了面向复相陶瓷的石墨烯制备方法和石墨烯/陶瓷复合材料的代表性制备工艺。在此基础上,着重分析了石墨烯对陶瓷复合材料力学性能的影响,并从结构陶瓷功能化的角度介绍了石墨烯/陶瓷复合材料的电性能。最后,本文以石墨烯对陶瓷热电材料性能提升的影响为例,说明了石墨烯在功能陶瓷复合材料中的应用前景。

带Nb膜中间层的Cu/α-Al_2O_3的扩散焊接

采用扫描和透射电镜、能谱分析、X射线衍射和 4点弯曲试验研究了Nb膜中间层对单晶Cu与单晶α -Al2 O3 的扩散焊接特性以及接头组织和性能的影响。结果表明 ,通过电子束蒸镀获得的多晶Nb膜中间层扩散焊后具有织构组织 ,其密排面 (110 )平行于Al2 O3 的 (0 0 0 1)基面。Nb膜中间层的加入显著提高了Cu/Al2 O3 扩散焊接头的断裂能量 ,而扩散焊接温度可以与无Nb膜中间层时保持不变。带Nb膜中间层的Cu/Al2 O3接头所具有的高断裂能量是由于Nb与Al2 O3 较强的键合以及断裂时金属侧较大的塑性变形功二者综合作用的结果。透射电镜观察表明 ,在Cu/Al2 O3 扩散焊接头的界面附近存在大量位错。

石墨烯基自支撑夹层材料在锂硫电池中的研究进展

近年来,高比能锂-硫电池作为最具前景的新能源储存装置之一引起了人们的广泛关注。然而,在该电池体系中,中间产物聚硫化物的溶解造成的穿梭效应会明显降低电池的循环性能和硫利用率,严重阻碍锂-硫电池的推广应用。综述了近年来石墨烯和石墨烯基复合自支撑中间层材料在锂-硫电池中的应用,例如,通过物理或化学限域的方法减缓多硫化物的穿梭并改善锂-硫电池电化学性能等,并对石墨烯基复合自支撑中间层材料未来在锂硫电池中的实际应用进行了展望。

陶瓷膜-有机膜耦合MBR在海产品加工废水处理中的应用

根据传统混凝和生化工艺处理海产品加工废水出水污染物浓度高,只能满足较低的排放要求并且运行不稳定等缺点,采用超效浅层离子气浮作为主要预处理,以厌氧复合床-缺氧-MBBR工艺作为二级处理,以新型陶瓷膜—有机膜耦合膜组作为浸没式MBR膜深度处理的工艺进行处理。在本工程中,超效浅层离子气浮以改性魔芋葡甘聚糖为混凝剂,MBBR工段中采用MgO表面修饰的硅藻土空心陶瓷为填料,MBR耦合膜组中平板陶瓷膜采用氧化钇纳米涂层的荷正电Al_(2)O_(3)陶瓷膜,有机膜采用柔性PVDF膜。10个月的调试结果表明,出水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002表1中一级A标准,即COD≤50 mg/L,ρ(SS)≤10 mg/L,ρ(氨氮)≤5 mg/L,ρ(总氮)≤15 mg/L,ρ(总磷)≤0.5 mg/L,水处理运行费用为6.2元/m;。新型陶瓷膜—有机膜耦合膜组也为平板陶瓷膜更广泛的推广提供了一个实际可行的思路。

中科院兰化所氧化石墨烯基三层薄膜构筑取得新进展

中科院兰州化学物理研究所利用环氧基团/羧基与氨基基团的化学反应,将氧化石墨烯片（GO）共价组装到3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）自组装单层膜修饰的硅基片上,

自组装单层膜的制备与应用

本文综述了自组装单层膜制备及应用技术的最新发展 ,分别对有机硅烷 羟基化表面和硫醇 金两种重要的自组装单层膜体系的制备新技术以及在制膜技术和分子电子学等领域的最新应用进行了总结。

装甲防护陶瓷-金属叠层复合材料界面研究进展

将陶瓷与金属以一定顺序逐层叠加,可制成叠层结构的复合材料,兼具陶瓷高强度、高硬度、低密度及金属强延展性的特点,从而应用于防弹装甲材料。但叠层材料存在界面结合弱、受冲击时裂纹易在界面处产生,且裂纹尖端应力集中导致界面处材料易脱黏等问题。本文针对陶瓷-金属叠层复合材料的界面结构及结合强度的问题,从界面结构的制备和观察、界面断裂的相场模拟、界面抗冲击性的有限元模拟和界面强度的第一原理计算等方面进行了综述,并对未来发展方向提出建议。

质子交换膜燃料电池双极板材料研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池双极板,着重介绍了质子交换膜燃料电池双极板的选材:金属材料,石墨材料,石墨/树脂复合材料,纤维增强石墨/树脂复合材料,对质子交换膜燃料电池双极板的选材做出了展望。