功能梯度复合材料的制备及隔热性能模拟研究

基于航空航天热防护技术对多功能隔热材料的需求,制备了由力学缓冲层、高温隔热层和核心隔热层构成的功能梯度复合材料,材料应力适应性强、耐温性高、隔热性能优异。通过模拟计算的方法对复合材料的隔热性能进行研究,结果表明,30mm厚的复合材料在1000℃、1000s的热载荷下隔热性能优异,各功能层厚度影响复合材料的传热背温。随着力学缓冲层/高温隔热层相对厚度的增大,复合材料背温和核心隔热层热面温度均增大,由于核心隔热层耐温极限的限制,力学缓冲层厚度最大为12mm,此时复合材料背温为26.10℃。力学缓冲层/核心隔热层、高温隔热层/核心隔热层相对厚度增大时,复合材料背温增大,核心隔热层热面温度减小,力学缓冲层的厚度最小为6mm,此时复合材料背温为20.21℃,高温隔热层的厚度最小为10mm,此时复合材料背温为22.58℃。

离心铸造法制备Al_3Ti/Al原位自生功能梯度复合材料

采用离心铸造法,用TiO2粉末与纯铝熔液原位反应生成Al3Ti颗粒增强相,获得了组织和性能在径向上呈梯度分布的Al3Ti/Al功能梯度复合材料。考察了材料的显微组织和硬度,Al3Ti颗粒和材料硬度在径向上由外向内呈梯度分布。研究分析了离心和转速、TiO2加入量和激冷强度对复合材料组织和硬度的分布梯度的影响。结果表明,这些因素对复合材料组织和性能分布梯度的影响较大。

四边简支功能梯度石墨烯增强复合材料厚板的自由振动分析

基于准三维板理论,研究了四边简支功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)厚板的自由振动行为.通过改进的Halpin-Tsai模型计算了不同分布模式下FG-GRC厚板的有效性能,利用Hamilton原理构建其控制方程,并根据Navier法求解.通过参数研究部分揭示了石墨烯纳米片(GPLs)的重量分数、FG-GRC板的总层数、GPLs分布模式、宽厚比以及长宽比对四边简支FG-GRC厚板自由振动固有频率的影响.由于准三维板理论考虑了厚度拉伸效应,因此在厚板计算中比经典板理论、一阶板理论和Reddy三阶板理论更为精确.

PDMS/SiC功能梯度复合材料3D打印主动混合喷头结构设计与工艺参数优化

以高黏度材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)和碳化硅(SiC)粉末混合液为例,利用流体动力学仿真模拟,设计并优化主动混合喷头。仿真分析不同螺杆结构对主动混合喷头混合效果的影响,选定双向四螺旋螺杆结构,同时探究了螺杆长度、螺杆与腔体间隙等结构参数对混合效果的影响规律,确定螺杆长度为12 mm、螺杆与腔体间隙为0.2 mm;优化了该结构的转速、入口速度等工艺参数,确定转速为60 r/min、入口速度为1 mm/s。此外分析了该结构在不同材料体积配比下均可进行有效混合。最后,通过打印试样,验证了该主动混合喷头能够实现复合材料的有效混合。

仿生功能梯度结构复合材料的研究现状

当今社会,传统的复合材料已难以满足更多的应用需求,人们开始关注仿生功能梯度结构复合材料。研究者发现,许多生物材料具有明显的跨尺度、分级的复杂梯度结构,具备高强韧性的特点,这为人工制备新型仿生功能梯度材料带来重要启发。本文综述了生物材料的复杂梯度结构和性能特点,总结了采用粉末冶金法、3D打印技术和冷冻铸造法制备仿生功能梯度结构复合材料的研究进展,重点阐述了仿生功能梯度结构复合材料的结构与性能之间的关系,并展望了其发展前景。

功能梯度超高性能水泥基复合材料弯曲性能研究

以超高性能水泥基复合材料(UHPCC)为基础,研究了不同层数的功能梯度超高性能水泥基复合材料(FGUHPCC)的抗弯性能。通过FGUHPCC的四点弯曲试验,研究了单层和双层UHPCC梁的等效抗弯强度和相应的挠曲能力,结合DIC技术讨论了不同试件在不同阶段(LOP、MOR)的弯曲能力。结果表明,功能梯度设计有助于提高试件的抗弯能力和断裂韧性;与单层的UHPCC相比,FGUHPCC具备更优的耗能能力,更复杂的裂纹发展。建议在进行此类构件设计时,在条件允许的情况下可以进行功能梯度设计,以节省成本。

过共晶铝硅自生梯度复合材料的组织与性能

用电磁分离工艺成功制备了初生Si相体积分数、材料显微硬度和耐磨性沿径向呈梯度分布的棒状复合材料 ,讨论了梯度层的形成过程。微观组织观察和力学性能测试结果表明 :在近外壁区域形成了体积分数高达16 %的细小初生Si相偏聚区 ,此区硬度高 ,耐磨性好 ,中心区为细小和均匀的共晶组织 ,两部分之间为颗粒体积分数渐变的过渡区 。

电磁分离法制备原位Al/Mg_2Si功能梯度复合材料

用电磁分离技术(EMS)制备了原位Al/Mg2Si功能梯度复合材料(FGMs),并采用复合盐变质剂对初生Mg2Si增强相进行细化和变质.实验结果表明,制备的圆棒状复合材料在近外壁区域形成φ(Mg2Si)=17.5%相偏聚层,提高了表面硬度.电磁力参数、铸型温度场和铸型尺寸是影响增强颗粒分布的主要因素.通过控制外加磁场的电磁力参数和温度场,可实现复合材料中φ(Mg2Si)在径向呈既定的梯度规律变化.相同条件下,铸型内径越大,复合材料内部区域的增强颗粒所占比例就越高,增强颗粒的分布就越分散.

硅含量对喷射沉积SiC_p/Al-Si功能梯度复合材料摩擦磨损性能的影响

对喷射沉积技术制备的不同硅含量铝基功能梯度复合材料进行室温摩擦学性能研究。结果表明：当硅含量分别为7%、17%和20%时,SiCp/Al-Si功能梯度复合材料的摩擦因数随载荷或滑动速度（转速）的增加而减小;随着SiC颗粒含量的增加,摩擦因数呈增大趋势;随基体硅含量增加,摩擦因数越稳定。在转速300~500 r/min、700~900 r/min和载荷10~30 N、40~50 N时,磨损率随转速、载荷的增加而升高,随SiC颗粒含量的增加而降低,梯度变化明显;在转速500~700 r/min和载荷30~40 N时,随转速、载荷的增加,磨损率反而减小;随基体硅含量的增加,磨损率呈降低趋势,材料在摩擦过程中生成的机械混合层（MML）厚度呈减小趋势。

高频磁场下制备表面增强自生梯度复合材料

高频磁场作用下利用电磁相分离工艺成功的制备了Al-Si过共晶合金自生梯度复合材料,通过改变磁场作用时间来控制初生硅的迁移,以使其更好地沿径向成梯度分布。分析了合金组织的形成机理,并测试试样硬度和硅含量的分布。结果表明,试样的心部大部分是共晶组织,硬度为HV100左右,表层区富集了大量的初生硅,硅的含量明显高于合金成分,硬度可以达到HV800,在二者之间形成很好的过渡层,使增强相和基体得到很好的结合。

电磁分离制备自生梯度复合材料工艺中磁场有效作用时间的分析

从理论和实验两方面研究了不同磁场作用时间条件下自生Mg2S i颗粒增强复合材料中增强颗粒的径向梯度分布规律.通过实验确定了高频磁场输入功率和铸模预热温度的参数搭配为:高频磁场的输入功率为7 kW左右,铸模预热温度为100℃左右.计算及实验结果表明,高频磁场的有效作用时间为23 s,超过高频磁场的有效作用时间后,工艺对高频磁场的利用效率将下降.

利用高频磁场制备自生梯度复合材料的熔体温度选择

研究了通过在熔体凝固过程中的不同温度范围施加高频磁场制备自生梯度复合材料的工艺。对于Al/Mg2Si/Si自生梯度复合材料,近似计算及实验结果表明:Al+Mg2Si二元共晶区(555～595℃)是施加高频磁场的最佳温度范围,此时处于低粘性熔体中的增强颗粒容易被外加电磁阿基米德力分离。高频磁场施加温度过高或过低,均不易使增强颗粒产生梯度分布效果。

超高韧性水泥基复合材料功能梯度板接触爆炸数值模拟

超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,该文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。

应用外力场制备自生梯度复合材料的研究进展

综述了利用外力场(离心铸造法和电磁分离法)制备自生梯度复合材料的研究现状。指出利用多物理场的复合作用制备新型梯度复合材料将是今后研究的重要方向。

HA/316L不锈钢对称功能梯度生物复合材料的力学性能

采用干粉叠层法和热压工艺制备HA／316L不锈钢对称功能梯度生物复合材料，使用三点弯曲法测定HA／316L不锈钢对称功能梯度生物复合材料试样的抗弯强度和弹性模量，并借助扫描电子显微镜对试样对表面形貌和微观结构进行观察和表征，利用场发射高分辨扫描电子显微镜对试样进行元素线扫描分析。研究结果表明：通过控制HA粉末的含量（体积分数）在20％-40％之间时，所得复合材料的抗弯强度和弹性模量分别与人体骨的强度和模量相匹配，得到生物力学相容性好的复合材料；HA／316L不锈钢复合材料各梯度层之间过渡自然，没有明显的宏观界面、缺陷和裂纹等，梯度层内部和界面处两相分布均匀，且各成分均呈现连续的梯度分布，界面结合紧密。

功能梯度复合材料板壳结构的弯曲、屈曲和振动

功能梯度材料通常是由两种如金属和陶瓷复合而成的一种新型非均匀复合材料.由于在这种材料中,各组份材料的体积含量在空间位置上是连续变化的,其物理性能没有突变,因而可较好地避免诸如在纤维增强复合材料中经常出现的层间应力问题或降低应力集中现象.功能梯度复合材料目前已被发展用来作高温环境下的结构构件.本文对功能梯度材料板壳结构分析的研究现状进行了评述,集中讨论线性和非线性弯曲、屈曲和后屈曲、振动和动力响应.涉及各种边界条件下薄板壳和中厚板壳受热/机荷载作用的情况,并提出需要进一步研究的方向.

装甲防护材料的新葩——陶瓷-金属功能梯度复合材料

本文重点说明了在陶瓷增强的金属基复合材料的基础上,发展起来的陶瓷增强颗粒连续分布的陶瓷-金属功能梯度复合材料用作防护装甲的优点,介绍了陶瓷-金属功能梯度复合装甲材料的研究现状,并对其未来发展做了阐述。

离心铸造过共晶Al-Si合金自生梯度复合材料及其阻尼性能

通过改变离心铸造的转速 ,获得了内层有较多初晶Si,其余部分为共晶组织或初晶Si由外向内偏析的Al 16 %Si合金自生梯度复合材料。分析了复合材料的形成过程 ,考察了复合材料的组织 ,研究了复合材料各层的阻尼性能。结果表明 :Al 16 %Si合金自生梯度复合材料内层内耗是中、外层的 1.4倍 ,为充分发挥此材料的阻尼性能 ,应在频率高于 16

用于C－A1复合材料的C纤维表面多功能梯度涂层

提出一种用于Ｃ－Ａ１复合材料的Ｃ纤维表面多功能梯度涂层，它具有润湿、减缓热应力、阻挡界面反应、改善复合材料断裂形式、提高纤维抗氧化性等多种功能，可以满足Ｃ－Ａ１复合材料制造工艺与性能的多种要求。并且采用化学气相沉积工艺制备了结构和成分分布与设计相符合的涂层。将其应用于Ｃ－Ａ１复合材料获得以良好的试样抗拉强度。对于该涂层的性能与作用进行了研究。

离心铸造Al-16wt%Si合金自生梯度复合材料

本文作者通过改变离心铸造的转速 ,获得了内层有较多初晶 Si其余部分为共晶组织或初晶 Si由外向内偏析的 Al- 16 wt% Si合金自生梯度复合材料。分析了复合材料的形成过程 ,考察了复合材料的组织、硬度。