石墨纤维增强铝基复合材料在空间遥感器镜筒结构中的应用

为了设计和制造出性能更加优越的空间遥感器,对一种新型航天材料—石墨纤维增强铝基复合材料(Gr/Al com-posite)进行了研究。突破了石墨纤维与铝合金的界面反应控制、纤维铺层和缠绕设计等关键技术,成功制备了石墨纤维增强铝基复合材料,材料的密度为2.12×103kg/m3,弹性模量为129 GPa,线膨胀系数为5.0×10-6K-1。针对这种复合材料,摸索出一套完整的加工和后处理工艺,并首次把这种复合材料应用在空间红外遥感器镜筒结构设计中,设计的镜筒较之钛合金镜筒减重31.8%。最后,完成了镜筒组件的加工装配、透镜的装校和随机振动试验。实验结果表明,镜筒组件的一阶谐振频率为284 Hz,高于100 Hz的设计要求,振动试验后光机系统没有发生变化。上述工作表明,石墨纤维增强铝基复合材料在航天遥感领域具有较高的应用价值。

铝-7石墨复合材料的半固态加工

采用电磁机械复合搅拌法制备了铝-7石墨的半固态浆料,研究了常规铸造条件下浆料的固相率对铸锭中石墨颗 粒分布的影响,得到了合理的铝-7石墨复合材料半固态加工工艺条件。

铝铅石墨固体自润滑复合材料的性能

采用常规的粉末冶金方法制备了铝铅石墨固体自润滑复合材料,并对其力学性能和摩擦磨损性能进行了研究。实验结果表明:固体润滑剂的加入对材料的摩擦学性能有较大的影响,对其摩擦机理也作了初步探讨。

受电弓滑板用轻质高碳-石墨/铝复合材料

对国内外受电弓滑板材料进行了分析对比,提出了采用轻质高碳-石墨/铝复合新材料的 观点,并进行了小型样品的试制,得出了轻质高碳-石墨/铝复合新材料的基本力学和电学性能的数据。

压力浸渗制备石墨/铝复合材料及其热学性能

采用压力浸渗法制备了石墨/铝复合材料,研究了不同体积分数鳞片石墨对复合材料热学性能和组织的影响。结果表明,加入石墨片明显提高复合材料水平热导率,同时降低复合材料热膨胀系数和密度。当复合材料中石墨体积分数从23.9%增加到73.4%,复合材料水平热导率从234 W/(m·K)提高到402 W/(m·K),同时热膨胀系数降低至5×10-6/K,兼顾高热导率和低热膨胀系数的特点。

石墨烯增强铝基SiC复合材料的动态失效机理与抗侵彻性能

研究石墨烯增强铝基复合材料的动态力学性能、失效机理以及抗侵彻性能.通过静、动态压缩测试掌握了材料在0.001～5 200.000 s^(-1)应变率范围内的力学性能,揭示了该材料的应变率效应,结合光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分析了该材料在静、动态压缩下的断裂机理;通过弹道枪试验掌握了该材料与Q235钢面板层叠构成复合结构及12～18 mm厚Q235A钢板的弹道极限速度及极限比吸收能.试验结果表明,Q235A钢/石墨烯增强铝基复合结构的极限比吸收能是12～14 mm厚度范围Q235A钢板的1.79倍,34.10 mm厚石墨烯增强铝基SiC复合材料的极限比吸收能与16.70 mm厚Q235A钢相当.

锡对铸造铝-石墨颗粒复合材料摩擦性能的影响

采用M-200摩擦磨损试验机,对加入固体润滑剂锡的铸造铝-3%石墨颗粒复合材料的摩擦性能进行试验研究,研究表明:锡和石墨具有优越的协同润滑效应,加锡可极大提高铝-石墨颗粒复合材料的减摩性能,使有润滑的摩擦系数达到0.004～0.005。同时锡和石墨的协同润滑作用存在最佳配合,在本试验条件下,加约7%的锡时,协同润滑效应最佳。加锡不能改善干摩擦时铝-3%石墨颗粒复合材料的耐磨性,但能极大提高有润滑时复合材料的耐磨性。并对加锡的铝-石墨颗粒复合材料的磨损机理进行了初步研究,其在干摩擦时的磨损机理为粘着迁移、粘着磨损和磨料磨损,在半干摩擦时的磨损机理为疲劳磨损和磨料磨损。

石墨烯增强铝基复合材料的锻造工艺研究

采用不同的锻造温度进行了石墨烯增强铝基复合材料的锻造,并进行了金相组织和耐磨损性能的测试与分析。结果表明:随始锻温度从410℃提高至500℃、终锻温度从340℃提高至400℃,石墨烯增强铝基复合材料内部的团聚现象先减轻后加重,磨损体积先减小后增大,耐磨损性能先提升后下降。当始锻温度470℃、终锻温度370℃时,石墨烯增强铝基复合材料的磨损体积为16×10^(-3)mm^3。当始锻温度为470℃时,其磨损体积较410℃锻造时减小了33%;当终锻温度为370℃时,其磨损体积较340℃锻造时减小了43%。

0.5%石墨烯增强铝基复合材料的热变形行为

在变形温度330450℃,应变速率0.0110s^(-1)条件下对0.5%(质量分数,下同)石墨烯增强铝基复合材料进行热压缩模拟试验,研究了该复合材料的热变形行为,基于流变数据建立了考虑应变补偿的本构方程,基于动态材料学模型构建了热加工图,确定了优化参数范围并选择一组优化参数进行了材料热挤压有限元模拟。结果表明:复合材料在不同热变形条件下的真应力-应变曲线均呈先上升再下降最后趋于平缓的特征,峰值应力随变形温度的升高或应变速率的减小而减小;复合材料的较优变形温度为410430℃,应变速率为0.010.016s^(-1),有限元模拟发现,在变形温度为420℃,应变速率为0.01s^(-1)条件下可以挤出质量较好的复合材料型材。

低质量分数石墨烯掺杂铝复合材料的制备研究

采用乙醇超声分散和机械球磨法制备了石墨烯掺杂铝复合粉体,然后通过氩气气体保护热压烧结制备了石墨烯质量分数为0.5%的石墨烯掺杂铝复合材料。采用光学显微镜、扫描电镜、EDS、Raman激光光谱等分析了复合粉体及复合材料微观形貌,研究了不同石墨烯掺杂铝混合粉体的球磨时间对复合材料微观结构的影响。结果表明,较佳的球磨时间为3h。制备的低质量分数石墨烯掺杂铝复合材料组织致密,石墨烯均匀分散在铝基体中,石墨烯保持较好的微结构特征,该复合材料具有广泛的应用前景。

重力铸造过共晶硅石墨铝复合材料的组织和性能

采用搅拌熔铸法 ,在重力场条件下浇铸制备了过共晶硅石墨铝复合材料。结果发现 ,制备的过共晶硅石墨铝复合材料保持了石墨的润滑性能 ,同时由于材料中硅含量高且获得较好的变质效果 ,该材料的综合力学性能和物理性能比共晶硅石墨铝更优越 。

石墨烯/铝基复合材料在纳米压痕过程中位错与石墨烯相互作用机制的模拟研究

石墨烯因其优异的力学性能已成为增强金属基复合材料的理想增强体.然而,目前对石墨烯/金属基复合材料在纳米压痕过程中嵌入石墨烯与位错之间的相互作用仍不清晰.本文采用分子动力学模拟方法,对90°,45°和0°位向的石墨烯/铝基复合材料进行了纳米压痕模拟,研究了压痕加载和卸载过程中石墨烯/铝基复合材料的位错形核及演化,以获取不同位向的石墨烯与位错的相互作用机制,并分析其对塑性区的影响.研究发现,石墨烯可以有效阻碍位错运动,并且石墨烯会沿着位错滑移方向发生弹性变形.在纳米压痕过程中,位错与不同位向石墨烯之间的相互作用差异导致塑性区的变化趋势不同.研究结果表明,在石墨烯/铝基复合材料中,位向不同的石墨烯对位错阻碍强度和方式不同,且石墨烯位向为45°的复合材料的硬度高于其他模型.此外,石墨烯/铝基复合材料的位错线总长度的演化规律与石墨烯位向紧密相关.本文研究可为设计和制备高性能石墨烯/金属基复合材料提供一定的理论指导.

粉末冶金法制备镀铜石墨烯/铝复合材料的组织与性能研究

采用真空热压烧结法制备了分别添加体积分数为5%和10%镀铜石墨烯的铝基复合材料。通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、布氏硬度计、导热系数测试仪和四探针电阻率测试仪,检测了复合材料的组织、硬度、导热和导电性能。试验结果表明:采用简化的化学镀铜方法在石墨烯表面成功化学镀铜,镀铜后增重2倍左右,镀铜后仍然存在石墨烯团聚现象。利用镀铜石墨烯制备铝基复合材料,避免了石墨烯与铝发生界面反应生成Al4C3。复合材料主要由铝相组成,加体积分数为5%的石墨烯时生成少量Cu Al2,在加体积分数为10%的石墨烯时,铝晶粒细化。随着镀铜石墨烯加入量增加,复合材料致密度下降,导电性能有一定改善,导热性能显著提高,硬度显著增大,添加体积分数为5%和10%石墨烯时其硬度较纯铝的分别提高了12%和75%。

铝/石墨复合材料的制备及其电化学性能研究

铝作为负极材料其理论容量较高,但铝在充放电过程中会出现严重的体积膨胀,导致循环性能差。为克服铝体积膨胀严重的缺点,采用简单的球磨法成功制备出铝/石墨复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料的结构和形貌进行分析。电化学性能测试表明,铝/石墨复合材料首次放电比容量高达1004mAh/g,循环15次后容量保持在300mAh/g。铝/石墨复合材料拥有较高的放电比容量和较好的循环性能,在锂离子电池负极材料中具有潜在的应用价值。

高效热管理用鳞片石墨/铝复合材料的研究进展

鳞片石墨由于其较高的石墨化度、高结晶度和纯度,具有很高的平面热导率而成为制备定向高导热复合材料的重要原料。其与铝基体复合制备的鳞片石墨/铝复合材料具有优异的热综合性能,更是在电子通讯和航空航天领域有更显著的应用优势。介绍了近年来鳞片石墨/铝复合材料的主流制备技术及其导热性能,从碳-铝两相润湿性、界面反应出发,分析了鳞片石墨表面改性的方法及其对复合材料界面微结构和导热性能的影响规律。最后展望了今后鳞片石墨/铝复合材料的研究方向及发展趋势。

基于分形理论对石墨烯增强铝硅基复合材料摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金的方法,制备了石墨烯/Al-15Si复合材料,研究了石墨烯/Al-15Si复合材料的微观组织形貌对摩擦磨损性能的影响,并运用分形理论,借助于Matlab软件分析复合材料中硅颗粒相形貌特征。结果表明,随着石墨烯添加量的改变,石墨烯/Al-15Si复合材料有不同的分形维数;分形维数反映了复合材料中硅颗粒分布状态,分形维数越大,硅颗粒分布越均匀细小,材料的硬度越高;分形维数可以间接反映复合材料的抗磨损性能,分形维数越大,材料的摩擦系数越低,耐磨损性能越好。

搅拌摩擦加工法制备石墨烯/铝基复合材料及其性能研究

利用搅拌摩擦加工(FSP)法制备了石墨烯/铝基复合材料,通过光镜、SEM+EDS、拉曼光谱和XRD等分析手段对复合材料中石墨烯分散、损伤以及石墨烯-铝界面反应等进行了表征,研究了不同石墨烯加入量对复合材料力学性能的影响。结果表明:石墨烯/铝基复合材料的FSP制备能有效降低界面反应并促进石墨烯片层剥离,但同时也会导致石墨烯结构损伤的加剧。石墨烯在基体中的分散与其加入量密切相关,更多的石墨烯加入会导致其团聚和片层堆砌而影响复合材料的延伸率,合适的加入量可实现对铝基的同时增强增韧。

粉末冶金法制备石墨烯/铝基复合材料研究进展

石墨烯/铝基复合材料作为新型轻量化复合材料,具有良好的力学性能和导电、导热性,应用前景良好。与其他制备复合材料的工艺相比,粉末冶金工艺方法具有工艺流程短、制备成本低以及材料设计灵活等优点。基于此,综述近些年来国内外采用粉末冶金工艺制备石墨烯/铝基复合材料的研究现状,重点介绍原料粉末处理及烧结方式对石墨烯/铝复合材料组织性能的影响,比较不同制备工艺下材料的组织性能特点,分析粉末冶金法制备的石墨烯/铝基复合材料存在的不足,展望石墨烯/铝基复合材料的应用前景。

丝网印刷技术制备片状石墨-铝复合材料

介绍一种制备片状石墨-铝复合材料的新方法——网版印刷定向技术。选用片状石墨配合石墨-铝基体粉料,对应化学剂量比的溶剂/粘结剂制备成浆料,通过网版印刷工艺,在刮板剪切力的作用下进行片状石墨定向;浆料通过丝网沉积在柔性有机薄膜上,进行多次干燥、印刷的循环过程,形成厚膜(~200μm),经过裁剪、揭膜、压片得到素坯。在600℃等离子体烧结温度下,石墨-铝复合材料取得良好的定向程度。

消失模法制备Gr/Al复合材料工艺研究

采用消失模铸造工艺制备Gr/Al复合材料,对该复合材料进行了磨损性能试验。通过对石墨颗粒进行活化或镀铜处理,并加入活性元素镁,改善了铝液与石墨之间的浸润性,提高了石墨收得率。结果表明,该工艺所制得的复合材料中石墨分布均匀、界面结合较紧密。最后对该复合材料的成形机理进行了探讨。