石英玻璃基复合材料的研究进展

石英玻璃基复合材料属于重要国防材料 ,在导弹通讯、制导和防热上具有不可取代的地位。本工作介绍了几种形式的石英玻璃基复合材料的组织结构、性能和制备工艺的研究与应用情况。

用炼铜废渣制备玻璃基复合材料的研究

研究了以炼铜废渣和废玻璃为主要原料,用烧结复合法制备玻璃基复合材料的工艺技术,探讨了影响材料性能的工艺参数,研究结果表明:用铜渣制备的玻璃体材料是以玻璃为基体、颗粒强化的新型材料,兼具玻璃和陶瓷的性能。

轻质玻璃基复合材料的研制及性能分析

主要以废玻璃和铸造废砂为主要原料,添加适量发泡剂、助熔剂、稳泡剂为辅助原料,用粉末烧结法制备了轻质玻璃基复合材料,利用热差分析和扫描电镜测试技术对轻质玻璃基复合材料的微观表征进行了分析.

熔体处理温度对块体金属玻璃基复合材料组织和力学性能的影响

在水冷铜坩埚中采用铜模吸铸法在不同的熔体处理温度下制备出直径3 mm的(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)96Fe4合金试样,研究了熔体处理温度对(Zr0.55Al0.10Ni0.05Cu0.30)96Fe4块体金属玻璃基复合材料的力学性能和组织的影响。结果表明,熔体处理温度降低,复合材料的晶化趋势增加,压缩断裂强度和塑性应变增加。铸造电压7 kV时制备的试样其塑性应变达5.85%,并呈明显的"加工硬化"现象,压缩断裂强度达到2 203 MPa。通过调控熔体处理温度,制备出铸态内生球形金属间化合物/块体金属玻璃基复合材料,而且铸态内生球形金属间化合物相在不降低复合材料的断裂强度的同时却能显著地改善复合材料的塑性,并对其增塑机制进行了分析。

块体金属玻璃基复合材料在拉伸荷载下的剪切带演化模拟

利用随机吸附算法构建了块体金属玻璃基复合材料的三维多颗粒单胞模型;借助自由体积本构模型,可以较好地描述块体金属玻璃变形中剪切带的萌生与扩展;引入周期性边界条件,保证了单胞模型应力及位移的连续性同时避免过度约束;在商业软件ABAQUS中对块体金属玻璃基复合材料在单轴拉伸载荷下的变形行为进行了有限元模拟,与实验结果进行对比验证了本文所采用的有限元模型的准确性,同时分析了材料变形过程中其内部剪切带的萌生及扩展演化规律。通过改变单胞模型中颗粒的体积分数、颗粒大小以及颗粒强度构建了不同微结构特征的块体金属玻璃基复合材料的细观模型,从而模拟研究了复合材料的细观结构对其拉伸载荷下剪切带的演化及变形行为的影响。

金属玻璃基复合材料的变形行为及本构关系研究综述

金属玻璃及其复合材料因其优良的力学性能而具有良好的应用前景,相关研究方兴未艾.本文主要总结国内外的研究成果并结合本课题组的最新研究工作,针对块体金属玻璃基复合材料的变形行为、增韧机理和本构关系研究现状进行较为全面的综述.首先,对近几十年来在块体金属玻璃基体材料的变形行为与失效机理以及本构关系研究方面的丰硕成果进行简要回顾.其次,从实验研究和数值模拟两方面,重点对金属玻璃基复合材料的变形行为与失效机理研究成果进行介绍,总结了金属玻璃基复合材料的塑性变形、增韧机理及影响因素.然后,对金属玻璃基复合材料的本构关系研究最新进展进行评述,重点介绍了均匀化方法在该领域的应用.作为代表,较为详细地介绍了作者新近提出的一个二次均匀化的方法,并在此基础上,结合纳米孔洞作为自变量的失效判据而建立了本构模型,该模型对金属玻璃基复合材料的变形和失效行为进行了合理预测.最后,对该领域的研究现状进行简单的总结,并对未来的研究问题进行展望.

阻燃微胶囊改性玻璃纤维增强聚合物基复合材料阻燃性能与冲击性能研究

为了提高玻璃纤维增强聚合物基复合材料(GFRP)的阻燃性能,采用由微流控技术制备的FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊改性环氧树脂基GFRP。采用垂直燃烧试验、锥形量热试验和落锤试验,研究阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA对GFRP阻燃性能、燃烧性能和抗冲击性能的影响。试验结果表明:阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA能明显提高GFRP的阻燃性能,相比FR-PN阻燃剂,添加阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP表现出更好的燃烧行为,当添加量为10wt%时,阻燃效果最佳;阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的加入能有效降低阻燃剂对GFRP抗冲击性能的负面影响,添加了10wt%阻燃微胶囊FR-PN@ETPTA的GFRP抗冲击性能最佳。

基于Ansys铺层设计的玻璃纤维增强复合材料电杆的挠度仿真分析及优化

随着复合材料及其工艺技术的发展,比强度高、绝缘性好、耐腐蚀性强、可设计性优的纤维增强聚合物基(FRP)复合材料杆塔得到越来越多的关注。本文针对12 m高的玻璃纤维增强聚氨酯复合材料电杆现有工艺建立了抗弯数值模拟模型,进行了标准弯矩下的弯曲仿真分析,并利用PUCK准则预测复合电杆的整体性能。求解结果表明,优化前在标准弯矩下复材电杆最大挠度值为1270.4 mm,与弯曲试验结果的相对误差为6.31%,说明本文建立模拟模型可以准确预测复材性能;PUCK准则的IRF因子为1.42,表明电杆可能发生剪切破坏。为了进一步提高复材电杆的刚度和使役性能,利用Kriging算法构建挠度仿真模型二阶响应面,进行基于NSGA-Ⅱ算法的最优铺层角度组合优化设计。优化后标准弯矩下复材电杆最大挠度值降为1050.2 mm,与试验值1029.0 mm的相对误差为2.06%;PUCK准则显示IRF因子降为0.76,电杆可靠性大大提高。利用数值模拟和优化方法优化缠绕角度,可在提高纤维增强复合材料的刚度的同时降低复材破坏风险。

金属玻璃基复合材料的微结构效应

基于自由体积理论和Ramberg-Osgood模型,并利用ABAQUS软件,建立颗粒随机分布代表性体积单元模型,模拟了Ti_(64.5)Zr_(14.5)V_(18.5)Cu_(2.5)颗粒增韧Ti基金属玻璃基复合材料在单轴拉伸状态下的微结构效应,讨论了颗粒的体积分数、团聚数目、长径比、定位取向和界面对金属玻璃韧性的影响。结果表明:提高颗粒体积分数能显著提高复合材料的塑性,但部分牺牲了复合材料的强度;增大颗粒长径比能够增强复合材料的塑性和屈服强度;使颗粒的取向与荷载方向成90°或0°,不仅增强了复合材料的塑性,而且与其他排布相比也增强了复合材料的强度;减少团聚数目至2个以下,能明显减少金属玻璃基复合材料的塑性和强度的损失,使团聚中颗粒与荷载成90°,却能改善复合材料的塑性和强度;在颗粒增韧金属玻璃基复合材料中加入零厚度界面,能观察到在主剪切带上颗粒和基体在界面处脱粘,得到与实验现象更加吻合的结果。通过上述的研究能够很好地理解复合材料的微结构效应,并有利于材料的设计。

短纤维玻璃陶瓷基复合材料的静疲劳行为

研究了不同介质中单向短纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的静疲劳行为 .结果表明 ,复合材料的疲劳指数和疲劳极限均高于陶瓷基体 ,Nicalon纤维增强复合材料在水介质中的静疲劳性能要优于碳纤维增强复合材料 .认为应力腐蚀导致的纤维 /基体间的界面弱化是影响复合材料静疲劳行为重的要因素 ,界面弱化有利于提高强界面结合复合材料的静疲劳强度 .

废玻璃颗粒对铝基复合材料力学性能的影响

采用搅拌铸造法制备玻璃颗粒增强铝基废物复合材料,利用SEM、XRD等手段观察和分析了玻璃颗粒在复合材料制备中的变化情况,研究了玻璃颗粒含量对复合材料抗拉强度和耐磨强度的影响。结果表明,玻璃颗粒较均匀地分布于基体中,界面结合良好;与基体相比,复合材料耐磨性能提高了4.62倍,抗拉强度提高并不明显;玻璃颗粒表面发生熔融,裂纹在铝液中能够自我修复,从而提高复合材料的力学性能。

玻璃颗粒在铝基复合材料制备中的变化及影响

利用搅拌铸造法制备玻璃颗粒增强铝基废物复合材料,用SEM,XRD,DTA等手段观察和分析玻璃颗粒在复合材料制备中的表面变化情况。结果表明,玻璃颗粒表面裂纹在铝液中能够自我修复,玻璃颗粒能够较均匀地分布于基体中且界面结合良好,复合材料的耐磨性能相对于基体提高4.62倍,但抗拉强度的提高并不明显。

玻璃纤维增强树脂基复合材料碾铆-粘接接头老化和腐蚀性能研究

主要对玻璃纤维增强树脂基复合材料碾铆-粘接接头进行了老化和腐蚀试验,通过静拉伸测试,分析了温度和腐蚀介质对混合连接接头力学性能的影响。结果表明:同温下,粘接层失效时的峰值载荷会随保温时间的增加而减小;同保温时间下,粘接层失效时的峰值载荷会随温度的增加而减小;在5%NaCl溶液中腐蚀时,连接件的抗拉伸性能受腐蚀时间延长的影响比较小;而在5%NaOH溶液和5%HNO_3溶液中腐蚀时,连接件的抗拉伸性能受到的影响比较大,样件的峰值载荷下降比较明显。试样的失效主要分为胶层失效和铆钉拉脱失效两个阶段。

玻璃纤维增强酚醛基复合材料平均线胀系数测试影响因素

研究了保温时间、升温速率、预处理温度等对玻璃纤维增强酚醛基复合材料线胀系数测试的影响。结果表明,玻璃纤维增强酚醛基复合材料在加热条件下进一步固化,造成样品收缩与样品受热膨胀相抵消,升温曲线出现平台。因此,测试前应对样品进行预处理,处理温度高于试样最终的测试温度,低于样品固化温度,以免材料内部结构发生变化;设置合适的升温速率,升温速率低,增加了时间成本,升温速率太高,测温热电偶引入的误差增加,且不均匀的加热使试样产生热应力,影响试验结果。

制备条件对Zr基大块金属玻璃复合材料组织与性能的影响

分别采用低压铸造/水冷铜模急冷成形和熔体水淬的方法制备了Zr56.2Ti13.8Nb5.0Cu6.9Ni5.6Be12.5内生β相/BMG基体复合材料,表征了材料的微观组织特性,测试了材料的室温压缩性能。结果表明,复合材料的微观组织特性,包括β相的体积分数、形貌和尺寸等,对其制备条件是非常敏感的。不同的制备方法、不同的试样形状与尺寸提供了不同的熔体冷却速率。相对低的熔体冷速导致了更多、更粗大的β相的形成;复合材料的室温压缩性能取决于其微观组织特性,多而粗大的β相使材料的宏观塑性应变明显增加。

不同作用距离下玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面等离子体活化研究

用等离子体处理技术对不同作用距离下的玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料表面进行活化处理,通过对处理前后的材料表面进行接触角、表面能、表面形貌、红外光谱等宏观微观性能的对比分析,获得了不同距离下等离子体表面活化处理的作用规律。结果显示:在同一工作电压下,随着作用距离的增加,材料表面的接触角越来越大,表面能随着作用距离的增加而降低,材料表面浸润性和表面能显著提高;表面形貌显示,等离子体活化处理之后,表面树脂碎片颗粒变小,露出了玻璃纤维,粗糙度增加,并且随着作用距离的减小,粗糙度增加的程度变大;红外光谱显示等离子体活化处理后复合材料表面酯基C-O键断裂,酯基数量降低,而硝基、酮基、羧基、醇羟基的数量相应的增加,表面极性增强,随着作用距离的增加,材料表面增加的硝基、酮基、羧基、醇羟基等官能团的数量也越来越少。

玻璃铝基复合材料高温压缩流变行为研究

利用Gleeble-1500对玻璃铝基复合材料在温度为573～723K、应变速率为0.01s-1～10s-1的条件下进行高温压缩变形行为的研究。结果表明,应变速率和变形温度变化强烈影响复合材料的流变应力,流变应力随变形速率的提高而增大,随变形温度的升高而降低;玻璃铝基复合材料高温塑性变形时的流变行为可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述。

制备玻璃/铝基废弃物复合材料搅拌槽的结构优化

运用流体软件FLUENT对采用机械搅拌法制备玻璃/铝基废弃物复合材料的搅拌流场进行模拟,采用MRF动参考系模型和标准k-ε模型,在稳态条件下模拟了正交组合轴流搅拌桨在不同离底高度、不同层间距和不同直径产生的流场。分析各种参数条件下搅拌槽宏观速度场、轴向速度和径向速度的分布。结果表明,搅拌桨离底高度h=50mm,搅拌桨层间距l=65mm,搅拌桨直径d=110mm,搅拌槽流场有利于流体的搅拌混合。

玻璃/铝基废弃物复合材料搅拌流场的模拟

运用流体软件Fluent对采用机械搅拌法制备的玻璃/铝基废弃物复合材料流场进行模拟,采用MRF动参考系模型、多相流Mixture混合模型及标准k-ε模型,模拟使用三层正交组合轴流搅拌桨产生的流场。结合搅拌工艺特点对模拟的结果进行了分析,通过分析搅拌槽的宏观流场、轴向速度和径向速度分布,定性指出了各区域搅拌混合的效果,并同其它搅拌桨产生的流场进行了比较。

米级范围内不同距离的等离子体活化对玻璃纤维/氰酸酯基复合材料表面沉积Al涂层性能研究

采用阳极层离子源对米级范围内不同距离下的玻璃纤维增强的氰酸酯基复合材料进行表面活化处理后,采用真空磁过滤阴极弧技术在相应位置的复合材料表面沉积Al涂层。通过分析等离子体活化前后的表面能和表面极性的变化,以及沉积的Al涂层的表面微观形貌和膜基结合强度等,评估了等离子体活化技术对米级范围内不同距离的复合材料沉积Al涂层性能的影响。研究结果表明,等离子体活化处理能有效提高复合材料的表面能和表面极性,并且随距离的增加呈增大的趋势。等离子体活化处理能显著提高米级距离内复合材料表面沉积金属(Al)涂层的结合强度,采用放电电压为1000 V等离子体活化后米级范围内的Al涂层呈现均匀整体提升的态势,与未活化处理相比,结合强度提升1倍以上;采用放电电压为2000 V等离子体活化后米级范围内的Al涂层结合强度提升更为明显,与未活化相比,结合强度提升4倍以上。