熔铸法制备纳米碳增强铝基复合材料研究进展

纳米碳增强体具备优异的力学、热学、电学等性能,是金属基复合材料中理想的增强体之一。将纳米碳增强体与铝基体复合,可以获得具有优异力学性能及导热导电性能良好的复合材料,在新一代飞行器零部件材料展现出巨大潜力。目前急需低成本大规模化制备方法的推广应用,熔铸法是其大规模制备的首选。基于此,本文综述了近年来国内外采用熔铸法制备纳米碳增强铝基复合材料的研究进展,通过纳米碳增强体加入铝熔体方式的不同进行分类,详细介绍了搅拌铸造法、压力铸造法、半固态铸造法、压力浸渗法等纳米碳增强铝基复合材料中主要的铸造方法。分析总结了不同铸造方法的特点及铸件的力学性能,最后指出熔铸法制备纳米碳增强铝基复合材料过程中存在的关键科学问题,并且展望了未来的发展方向。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料低成本制备工艺研究进展

连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,已被广泛应用于航空航天、国防军工和新兴民用等领域,但连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺大多存在成本较高、周期过长等问题,限制其应用和推广,发展低成本制备工艺是推动连续纤维增强陶瓷基复合材料广泛应用的关键。本文简要介绍了连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺现状,总结了反应熔渗、纳米浆料浸渗瞬时共晶、浆料浸渗结合热压等低成本工艺的研究现状,围绕制备工艺优化、复合材料微观结构和性能等方面进行综述,提出了低成本制备工艺的未来研究方向,如熔盐法制备超高温陶瓷界面和反应诱导相分离制备具有孔隙结构均匀的多孔基体,可显著提升连续纤维增强陶瓷基复合材料的综合性能。

粉末冶金纳米颗粒增强钛基复合材料研究进展

钛基复合材料(TMCs)作为新一代轻质高性能金属结构材料在航空、航天等重大装备领域展现出广阔的应用前景。与传统微米增强TMCs相比,纳米增强TMCs在强塑性协同与热变形能力等方面展现出更为显著的优势,但目前由于纳米增强体分散性和热稳定性等问题,材料的性能潜力尚未充分发挥。如何设计TMCs的复合体系和制备途径引入纳米增强体,并在热加工与热处理过程中保持稳定性,一直是纳米颗粒增强TMCs面临的严峻挑战。本文围绕粉末冶金纳米颗粒增强TMCs工艺特点、制备方法、组织特征与力学性能等方面分析研究现状和进展,指出纳米增强体分散性、热稳定性等制约其发展的基础问题,提出未来研究的发展方向。未来应侧重的研究方向有:(1)碳纳米材料增强TMCs的界面反应控制与热稳定设计;(2)纳米颗粒增强TMCs粉体的批量化低成本制备技术;(3)纳米颗粒增强TMCs专用热变形及热处理工艺研究;(4)纳米颗粒增强TMCs组织构型化设计及强韧化机理研究;(5)纳米颗粒增强TMCs材料其他关键力学性能研究。

碳纳米管和石墨烯增强铝基复合材料纳米压痕分子动力学模拟

碳纳米管(CNT)和石墨烯(Gr)分别是一维和二维碳纳米材料的代表,是金属基复合材料(MMCs)中常用的两种增强材料。通过对相同结构的CNT和Gr增强铝(Al)基复合材料(即CNT/Al和Gr/Al)的纳米压痕行为进行分子动力学模拟,探究CNT和Gr对铝基复合材料的抗压增强效果与压痕变形行为。结果表明,Gr/Al在纳米压痕过程中的塑性变形量明显小于CNT/Al,而CNT/Al在压痕深度较大时会出现CNT凹陷行为。Gr对于位错的阻碍作用明显优于CNT,且Gr/Al中的不可动位错比例随压痕深度增加而增大,能够进一步提高位错强化作用。因此,Gr/Al的综合抗压性能和阻碍基体发生较大形变的能力要优于CNT/Al。

铝酸盐体系中氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基复合材料微弧氧化膜层的影响

[目的]探究氧化时间对碳化硅颗粒增强铝基(SiC_(p)/Al)复合材料微弧氧化膜层的影响。[方法]选用铝酸盐体系作为电解液,对SiC_(p)/Al复合材料进行微弧氧化处理,分析氧化时间对膜层组织结构、物相、厚度、粗糙度、结合力、电绝缘性及耐蚀性的影响。[结果]随着氧化时间延长,膜层逐渐变得连续均匀,厚度增加。若氧化时间过长,膜层会出现层叠现象,形成大尺寸微孔及裂纹,且生长速率越来越低。膜层结合力随氧化时间延长先增大后减小,在60 min时最大,达到39.85 N。氧化时间为10 min时,膜层的电绝缘性及耐蚀性最优,100 V和500 V电压下的绝缘电阻分别达到3.11×10^(12)Ω和1.41×10^(12)Ω,腐蚀电位为-0.6298 V,腐蚀电流密度为1.332×10^(-7)A/cm^(2)。[结论]SiC_(p)/Al复合材料表面微弧氧化膜层的连续性、均匀性及生长速率均与氧化时间有关。需选择合适的氧化时间,才能制备出连续、均匀且综合性能优异的膜层。

双辊铸轧工艺制备连续碳纤维增强铝基复合材料的研究

连续碳纤维增强铝基(CCF/Al)复合材料具有高比强度、低密度、良好的传热性以及低热膨胀系数等诸多优良的特性,在航空材料、汽车制造、电子设备和工业生产等领域均具有广阔的应用前景。对连续碳纤维表面涂层的制备方法进行了讨论,并总结了近年来CCF/Al复合材料的主要制备工艺、重要研究成果以及存在的问题;重点阐述了采用双辊铸轧工艺制备CCF/Al复合材料的研究结果,具体包括搭建的实验设备、改性后碳纤维的性能、所制备复合材料的组织结构及强化机理;讨论了该工艺目前存在的主要问题,并对其发展前景进行了展望。

碳纤维增强铝基复合材料界面隔离层研究进展

碳纤维增强铝基复合材料是最有应用前景的新型复合材料之一。从碳纤维增强体及其特点出发,分析了碳纤维增强铝基复合材料存在的问题与挑战,提出在相界处引入陶瓷隔离层以改善润湿性并抑制脆性界面相生成的思路。列举了以化学气相沉积、直接原位反应、熔盐反应等制备碳化物陶瓷隔离层的方法。其中,熔盐反应以其稳定的化学反应、细小的晶粒尺度、可控的隔离层厚度等优势备受青睐,是改善碳纤维增强铝基复合材料界面组织与性能的有效方案。

纳米碳/铝复合材料强韧化研究现状及展望

以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、国防等领域具有重大的应用前景,因而以纳米碳/铝为代表的新一代铝基复合材料备受关注。然而,碳纳米管等纳米碳易团聚,与铝等大多数金属并不浸润,且容易分布在晶界上诱导显著的晶粒细化,使得复合材料的强韧性等关键性能指标提升困难,或者使强度提高的同时使塑韧性下降显著,限制了其工程应用潜力。综述近年来国内外研究者在纳米碳/铝复合材料强韧化方面的策略和方法,包括纳米碳分散、界面和构型调控等,以期推动新一代轻质高强纳米碳/铝复合材料的发展,支撑国家未来重大工程应用。

碳纳米管增强铝基复合材料的界面特性及增强机理研究进展

碳纳米管以其独特的结构和优异的性能被认为是复合材料的理想增强相,其增强效果受其在基体中的分散性能、与基体的界面结合状态等诸多因素的影响。在碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法和基本性能研究现状基础上,从界面结合状态对其基本性能的影响和一些改善界面结合的方法,以及碳纳米管的增强机理等几个方面综述了碳纳米管增强铝基复合材料的发展现状。

单壁纳米碳管/纳米铝基复合材料的增强效果

用半连续氢电弧法和活性氢等离子蒸发法分别制备出单壁纳米碳管(SWNTs)和纳米Al粉体,然后用提纯后的SWNTs和纳米Al粉体制备出SWNTs含量(质量分数)分别为0、2.5％、5.0％、7.5％和10.0％的单壁纳米碳管/纳米铝基块体复合材料。SWNTs对高强度纳米Al基体具有显著的增强作用,当SWNTs含量小于5.0％时,材料的硬度随着SWNTs含量的提高线性上升。其中5％SWNTs和纳米Al的复合增强效果最好,其硬度可达2.89GPa,大约是粗晶Al(0.15GPa)的20倍。当SWNTs含量超过5.0％时,增强效果开始缓慢的下降。讨论了单壁纳米碳管增强纳米铝基复合材料的强化机制。

碳纳米管增强2024铝基复合材料的力学性能及断裂特性

为了研究碳纳米管对铝基复合材料性能的影响,采用冷等静压、热挤压方法制备了质量分数1.0%的多壁碳纳米管增强2024Al基复合材料.采用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验对复合材料的显微组织进行了观察和分析,并对其力学性能进行了测试.结果表明,碳纳米管均匀地分布在复合材料中,碳纳米管和铝基体的界面结合良好,没有发现界面产物Al4C3的形成;复合材料的断口上存在大量的撕裂棱,韧窝,并涉及碳纳米管的拔出或拔断与桥接,与2024Al基体材料相比,复合材料的硬度、弹性模量和抗拉强度显著提高,同时复合材料的延伸率却并不下降.碳纳米管的加入可以显著提高铝基复合材料的力学性能.

单壁纳米碳管增强纳米铝基复合材料的制备

将用氢电弧法制备的单壁纳米碳管（SWNTs）提纯后与纳米Al粉体混合,在室温下冷压成型,再在260～480℃真空热压处理,制备出相对密度大于90％、SWNTs弥散分布于纳米A1基体中的单壁纳米碳管增强纳米铝复合材料.含量为2.5％（质量分数）的SWNTs对纳米A1基体的增强效果约为55％.SWNTs/纳米A1复合材料的硬度随热压温度的升高而增加,热压温度为380℃时硬度达到峰值2.21GPa,大约是粗晶A1的15倍,比同样温度热压出的纳米A1块体的硬度高36.4％.

碳纳米管和氧化铝混杂增强铝基复合材料的制备及力学性能

采用化学气相沉积结合机械球磨的方法制备了碳纳米管(CNTs)和Al_2O_3颗粒混杂增强铝基复合材料,研究了球磨时间、Al_2O_3含量对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:本方法可以获得CNTs和Al_2O_3颗粒在铝基体内的均匀分散。随球磨时间的增加,复合材料的硬度随之增大;当球磨时间为180min时,复合材料硬度达纯铝的2.1倍。此外,随Al_2O_3颗粒含量的增加,复合材料的硬度和压缩屈服强度均不断提高。当Al_2O_3的质量分数为4%时,CNTsAl_2O_3/Al复合材料的硬度达112.1HV,为纯铝的2.8倍;压缩屈服强度达416MPa,为纯铝的4.6倍,说明CNTs和Al_2O_3的混杂加入发挥了良好的协同增强效果。

碳纳米管增强铝基复合材料的制备及其力学性能表征

利用高速剪切和球磨相结合的工艺,用石蜡辅助分散,制备得到碳纳米管(CNT)/铝复合粉体,随后采用常压烧结与大气热压相结合的工艺成型,最后经过热挤二次加工制备得到CNT增强铝基复合材料。结果表明,采用石蜡辅助的球磨混合分散工艺能显著改善CNT在基体中分布的均匀性,常压烧结后大气热压能显著提高材料致密度,达到类似热压烧结的效果,使材料力学性能显著提高;随着CNT含量的增加,复合材料的拉伸强度和布氏硬度逐渐升高,当CNT质量分数增加到2.0%时达到最大值,分别为245MPa和106.66N/mm2。

碳纳米管增强铝基复合材料研究进展

概括碳纳米管增强铝基复合材料的分散技术和制备方法,详细介绍粉末冶金法的工艺过程,总结了碳纳米管的添加对复合材料的力学、电学、热学和摩擦磨损性能影响的研究进展,并对其规模化制备与应用进行展望,揭示出碳纳米管/铝复合材料的良好应用前景及当前存在的问题。

球磨工艺对原位合成碳纳米管增强铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

将原位化学气相沉积法合成的碳纳米管(CNTs)与铝的复合粉末进行球磨混合,进而粉末冶金制备CNTs/Al复合材料,研究球磨工艺对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:球磨过程中不添加过程控制剂所得到的复合材料力学性能优异;随着球磨时间的增加,CNTs逐步分散嵌入铝基体内部,复合材料的组织也变得更加致密均匀。CNTs/Al复合材料的硬度和抗拉强度均随球磨时间的延长持续增加,但是伸长率先增后减。经90min球磨的CNTs/Al复合材料展现了强韧兼备的特点,其硬度和抗拉强度较原始纯铝提高了1.4倍和1.7倍,并且具有17.9%的高伸长率。

碳纳米管增强铝基复合材料的研究进展

介绍了碳纳米管增强铝基复合材料的研究现状,通过对比不同制备工艺以及碳纳米管增强铝基复合材料的抗拉强度、硬度、伸长率等力学性能,总结了粉末冶金法、高能球磨法、热喷涂法以及其它新技术的优缺点,同时阐述了复合材料制备过程中存在的问题及解决方法;此外还介绍了碳纳米管的强化机制;最后讨论了碳纳米管增强铝基复合材料未来的发展方向和研究重点。

碳纳米管增强铝基复合材料的设计与研究

碳纳米管具有独特的结构、超强的力学性能、稳定的化学性能和极高的长径比 ,是制备复合材料的理想增强体。评述了碳纳米管增强铝基复合材料的性能和应用研究的动态。详细讨论了该复合材料的合金化和界面特性 。

球磨法制备纳米碳管增强铝基复合材料的研究进展

综述了目前使用球磨法制备纳米碳管增强铝基复合材料的研究进展,分析了球磨法的优势,如细化晶粒、有利于纳米碳管的分散和使纳米碳管嵌入铝颗粒中等,指出了球磨法需要解决的问题,并展望了球磨法制备纳米碳管/铝基复合材料未来的发展前景。