铸造混杂增强金属基复合材料研究进展

对混杂增强金属基复合材料的铸造方法 ,常见的 4种增强体混杂类型 :连续纤维 /颗粒 (晶须 )、短纤维 (晶须 ) /短纤维、短纤维 (晶须 ) /颗粒、颗粒 /颗粒混杂增强金属基复合材料的基础研究现状进行了综述、分析和讨论 ,指出开发预制体制备方法 ,制备出增强体混杂均匀的预制体 。

混杂增强金属基复合材料的研究进展

传统金属基复合材料在强度和弹性模量提高的同时,塑韧性急剧下降,因此很大程度上限制了它的应用范围。为了满足高技术领域的需求,改善复合材料的塑韧性,利用多相同时增强金属基复合材料的"混杂效应",在不同尺度、不同层次上进行结构设计和优化,发挥各种增强相的优势。混杂增强体之间的相互作用、混杂效应等使得复合材料具备更低的热膨胀系数、更高的耐磨性和更优越的力学性能等,同时还降低原料的成本。这都使得它成为航空、航天和国防尖端技术领域最富有研究潜力的战略性材料,并将带动整个工业技术的进步。介绍了混杂增强金属基复合材料结构种类及其研究进展,综述了各种构型设计的基本原理及其优缺点;展望了混杂增强金属基复合材料构型及功能化的发展方向及工程化需要解决的关键问题。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

混杂颗粒增强Ni基复合材料的冲蚀磨损性能研究

煤炭开采、石油化工等极端工况条件下的机械装备对部分关键零部件材料的磨损性能提出了更高要求。本研究设计制备了大尺寸氧化锆颗粒(ZTAp)承载与小尺寸碳化钨颗粒(WCp)强化基体相结合的混杂颗粒增强金属基复合材料,研究了介质、冲蚀角度、ZTAp尺寸、WCp含量对复合材料冲蚀磨损性能的影响及其机理。结果表明,适量ZTAp、WCp的添加能够显著提高复合材料的抗冲蚀磨损性能。固定体积分数的ZTA颗粒,尺寸越大,复合材料冲蚀磨损性能越好,其主要失效形式为脆性剥落和疲劳断裂。WC颗粒通过第二相增强、固溶强化以及析出强化的方式,提高了基体的硬度和耐磨性,抑制了酸性介质中腐蚀与磨损的交互作用,冲蚀过程中主要失效形式为脆性断裂剥落。

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料永久模板叠合RC单向板短期刚度计算方法

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)具有良好的受拉韧性和耐久性能,是永久模板的理想材料。首先探究了PVA纤维掺量对HFRCC工作性能和抗折强度的影响,随着PVA纤维掺量增加,HFRCC的工作性能显著减弱,抗折强度先增大再减小,最终选用含有1.5%钢纤维和0.25%PVA纤维的HFRCC来制作永久模板。随后对六个HFRCC永久模板叠合RC单向板和一个RC单向板进行了四点受弯试验,探究了HFRCC-RC界面处理方式和配筋率对叠合板受弯性能的影响。试验结果表明:抹平、等距凹槽和钢钉拉毛三种界面处理方式对叠合板受弯性能的影响可以忽略;HFRCC模板能够有效限制裂缝发展,减小裂缝宽度和间距,叠合板的开裂弯矩相比于普通混凝土板提高了20.1%~31.7%。分别采用刚度解析法和有效惯性矩法建立了HFRCC-RC叠合板短期刚度计算方法,两种方法均有较高的计算精度且离散性较小。

玻璃与碳纤维混杂增强复合材料3D打印与实验

本研究基于热塑性材料熔融沉积成型工艺,研制了双喷头连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构增材制造平台,制备了不同混杂比的纤维增强热塑性复合材料结构试件,分析了不同结构试件的弯曲力学性能与失效模式,探索了嵌入碳纤维智能层的混杂纤维增强热塑性复合材料的力阻行为。结果表明:比较纯热塑性材料结构件,玻璃纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了115.99%,碳纤维增强复合材料结构件弯曲强度提高了198.76%;玻璃纤维与碳纤维混杂增强复合材料结构件具有负弯曲强度混杂效应和正弯曲模量混杂效应。可根据碳纤维电阻相对变化率对混杂增强复合材料结构的应变与断裂破坏状态进行实时自感知。研究结果为连续玻璃纤维与碳纤维混杂增强热塑性复合材料结构件的高质高效制造与智能化提供了新工艺与新思路。

脱合金工艺对混杂增强非晶复合材料组织与性能的影响

基于金属熔体脱合金法制备了具有核壳混杂增强结构(核相为高熔点富Ta相,壳为B2-CuZr相)的[(Zr_(0.5)Cu_(0.5))_(92.5)Al_(7)Sn_(0.5)]_(0.95)Ta_(5)非晶复合材料,系统研究了不同脱合金工艺参数下非晶复合材料的显微组织及力学性能的演变规律。结果表明:脱合金温度和时间是控制富Ta相尺寸的关键参数。当反应温度过低或反应时间过短时,会造成富Ta相聚集、增强相分布不均匀;当反应温度过高或反应时间过长时,会导致富Ta相粗化。当脱合金反应时间为2 min、脱合金反应温度为1473 K时,非晶基体中富Ta相尺寸细小且弥散分布,并促进B2-CuZr相异质形核细化,得到了尺寸更细小、分布更均匀的核壳混杂增强结构。细小均匀的增强相可有效阻碍非晶基体中主剪切带的快速扩展,复合材料的力学性能得到大幅提高,断裂强度达到2439 MPa,塑性应变为11.6%。

高性能金属基复合材料研究进展

金属材料因其具备优良的可加工性、导电性、导热性、耐磨耐腐蚀性能,被广泛地应用于医疗、航空、军事等领域,所以研究高性能的金属基复合材料成为复合材料学科的一大热点。目前高性能金属基复合材料的理论制备方法较多,但可用于工业化生产技术方案却相对较少;对单一增强相的研究颇多,多相强化基体的研究较少,这两类矛盾问题突出。文章通过综述金属基复合材料的常用制备方法及其常用增强相的种类与效果,以及对多相强化、稀土调控展开分析,以期为实验探索提供理论依据。

等温锻造对CNTs/SiC_(p)混杂增强铝基复合材料力学性能的影响

强韧性匹配是金属基复合材料需解决的关键问题,强度的提升往往导致韧性损失,而混杂增强铝基复合材料可以综合各组元的优点,起到同时增强的协同混杂效应。为探索等温锻造工艺对混杂增强铝基复合材料力学性能的影响,采用真空烧结工艺制备了CNTs/SiC_(p)混杂增强Al-Cu-Mg铝合金复合材料,其CNT和SiC的质量分数分别为0.7%和10%,分别在450℃、460℃、470℃进行了80%变形量的等温锻造加工,研究了等温锻造对复合材料微观组织和力学性能的影响规律。结果表明混杂增强铝基复合材料经过等温锻造加工后的塑性相比烧结态锭坯发生明显上升,材料经470℃等温锻造后同比具有最好的综合力学性能,相比烧结态锭坯的抗拉强度提升了48%,延伸率提升了260%。等温锻造后,组织中的絮状相及细长形SiC颗粒在垂直于锻造方向上发生流线型分布,对材料的拉伸力学性能起到了强化作用。本研究为后续新型高性能铝基复合材料的开发与应用提供一定理论支撑。

原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

碳纤维增强金属基复合材料的研究进展

从界面调控和制备方法两方面综述了碳纤维增强金属基复合材料的研究进展,前者包括碳纤维表面改性和金属基体合金化,后者除了粉末冶金、扩散粘结、搅拌铸造、挤压铸造、真空压力浸渗等传统方法外,还涉及增材制造技术在此领域的应用。基于平面流动铸造法,笔者提出了采用流铸印刷法制备金属基复合材料的新技术,并介绍了一些试验结果。此外,还对碳纤维增强金属基复合材料的发展提出了建议。

随机源对颗粒增强金属基复合材料力学性能影响的多尺度分析及实验验证

20%(体积分数)SiC_(p)/2009Al复合材料的准静态拉伸实验结果表明,其失效应变等力学参数具有明显的分散性。采用多尺度有限元的方法研究了两类随机源对20%SiC_(p)/2009Al宏观力学性能的影响。通过对一系列含随机源的细观多颗粒代表体积单元模型进行准静态拉伸模拟,得到了材料失效应变和断裂能各自的随机分布特征及两者之间的相关性特征,然后结合宏观试样模型,实现了实际材料内不同区域材料性能随机性的表征。研究表明,宏观有限元结果与实验数据的吻合性较好,且由于考虑了随机源的影响,宏观有限元结果还能够很好地模拟失效应变等的分散性特征。

非连续相混杂增强金属基复合材料的研究进展

论述了非连续增强金属基复合材料的研究概况,简要介绍了非连续相混杂增强金属基复合材料常用的几种制备方法,包括搅拌熔铸法、压力铸造法、无压浸渗法、喷射沉积法、粉末冶金法、原位反应法等,同时对常见的3种增强体的混杂类型:颗粒+颗粒、短纤维+晶须(短纤维)、颗粒+晶须(短纤维)增强金属基复合材料的性能和国内外研究现状进行了综述,指出了非连续相混杂增强金属基复合材料存在的问题,并对其今后的发展进行了展望。

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金(SMA)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强水泥基复合材料(SMA/PVA-ECC)的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明:SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料(ECC)试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.

原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的研究进展

原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料凭借其高比强度、高比刚度、低密度、优异的耐腐蚀性和耐热性等受到广泛关注。从基体与增强体的选择、引入方法、反应体系、微观形貌以及力学性能等方面,综述了目前原位合成TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的研究现状,并对其未来发展进行展望。

连续纤维增强金属基复合材料的研制进展及关键问题

介绍连续纤维增强金属基复合材料的种类及其在航空航天领域的应用情况,并对连续纤维增强金属基复合材料研制过程中的难点和热点问题进行归纳和总结,对关键技术问题提出相应的研究方法和思路。纤维与金属基体间的界面问题是其研究与应用的最主要问题,可以从纤维的表面改性、纤维与基体的相容性和润湿性、界面反应、界面强度等方面入手,结合各种复合材料制备工艺的特点,解决界面薄弱性问题;另外加强复合材料损伤机理的研究,建立其损伤评价体系,可以为其实际应用提供参考依据;先进的加工成型和连接技术,可以降低复合材料零件的制造成本,确保零件质量,是复合材料产业化应用的重要保证。

颗粒增强金属基复合材料的发展概况

从材料选择、制备工艺和生产应用等多方面对颗粒增强金属基复合材料的发展现状进行了综合评述，指出颗粒增强金属基复合材料的研究与开发应走系统化、规模化、可持续发展的道路。

颗粒增强金属基复合材料的制备技术和界面反应与控制

金属基复合材料被誉为２１世纪的材料，其中短纤维或陶瓷颗粒增强金属基复合材料（ＰＲＭＭＣｓ）更具有吸引力。铝合金和镁合金是基体材料的最佳候选者，而陶瓷颗粒由于具有优异的性能倍受青睐。在金属基体中加入增强相，可以提高材料的强度、弹性模量、硬度、耐磨性，降低热膨胀系数，改善高温性能和抗疲劳性，然而会导致材料的塑性、韧性下降。近年来，发展了许多制备技术，根据工艺的温度可分为三类：液相工艺、固相工艺和液－固两相工艺。增强相与基体之间的界面反应取决于制备工艺、增强相与基体材料的组成、温度和时间等因素，反过来又对制备工艺和材料的性能产生重要的影响，控制界面反应使之有利于制备工艺和材料的性能是研究的重要目标之一。本文重点对颗粒增强金属基复合材料研究中制备技术和界面反应与控制等热点问题进行分析讨论。

颗粒增强金属基复合材料的强化机理研究现状

本文总结了较低颗粒体积分数(≤14%)的颗粒增强金属基复合材料中主要存在的Orowan强化应力、位错强化应力、颗粒承载强化应力和其他强化应力的理论研究现状,以及各项强化应力之间的耦合关系。得出以下结论:(1)降低颗粒尺寸、提高颗粒体积分数和提高颗粒分布均匀性能够同时提高Orowan强化应力和位错强化应力,提高颗粒体积分数还能够提高颗粒承载强化应力;(2)采用微观非均匀分布的颗粒包围金属基体的材料设计方法,通过提高颗粒承载强化应力和提供塑性形变区,能够进一步提高复合材料屈服强度和延展性;(3)晶界强化效应和晶格摩擦应力对复合材料屈服强度也有贡献,但较少通过增强这两项强化效应提高复合材料屈服强度,通常可忽略复合材料中的固溶强化效应;(4)各项强化应力的耦合关系存在线性叠加、乘积叠加和均方根叠加3种形式。线性叠加和乘积叠加适用于纳米颗粒增强金属基复合材料,其中乘积叠加关系应用效果更好;均方根叠加主要应用于微米级颗粒增强金属基复合材料。