鳞片石墨/铝复合材料的力学性能研究

为研究石墨体积分数对复合材料显微组织、力学性能的影响规律,采用真空热压烧结技术制备不同石墨体积分数的石墨/铝复合材料,并对其进行性能测试。结果表明:石墨片在复合材料中分布均匀、取向高度集中;随着石墨体积分数的增加,复合材料的硬度从4501 HV降低至3564 HV,拉伸强度从150 MPa降低至5 MPa,抗弯强度从19212 MPa降低至2504 MPa;通过拉伸和弯曲试件的断口形貌观察发现,随着石墨片体积分数的增多,鳞片石墨/铝复合材料的断裂由韧性和脆性混合断裂转变为完全脆性断裂。随着石墨体积分数的增加,鳞片石墨在压力作用下聚集并相互挤压,导致鳞片石墨/铝复合材料的力学性能下降。

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。

石墨膜/铝复合材料制备工艺与性能研究

将石墨膜和铝箔以铺层的形式交替排布,采用真空热压烧结技术制备石墨膜/铝复合材料,研究真空热压烧结参数对复合材料微观组织和性能的影响。结果表明:石墨膜在复合材料中分布均匀,符合预期构型设计;真空热压烧结参数对复合材料微观组织影响显著,优化后的制备工艺参数为640℃/50 MPa/100 min,该条件下制备的复合材料界面结合良好,致密度高,没有检测到Al_(4)C_(3)相;随着石墨膜体积分数的增加,复合材料面内热导率呈现先增加后下降的趋势,石墨膜体积分数为30%时,复合材料面内热导率最大,为219.71 W/(m·K)。

铝/石墨复合材料不同温度下的摩擦性能研究

以ZL105为基体,多孔碳为碳源,采用压力铸造法制备铝/石墨复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对其进行微观物相形貌分析。通过对硬度及压缩强度的测定得到其力学性能。结果表明,多孔碳能较好地与基体结合。复合材料的硬度为基体合金的94.5%,压缩强度为基体的37%,复合材料的力学性能降低。研究了复合材料在不同温度下(25~350℃)的摩擦性能,发现复合材料在高温下具有更好的耐磨性。当温度达到300℃时,基体合金失效,而复合材料能够承受的温度达到350℃。

高石墨含量鳞片石墨/铜复合材料的微观结构和性能

通过真空热压烧结制备出高石墨含量的鳞片石墨/铜复合材料。研究了高石墨含量对鳞片石墨/铜复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,随着石墨体积分数的增加(72.08 vol.%~93.34 vol.%),复合材料的密度降低(4.07~2.63 g cm^-3);电导率降低(14.71%~2.45%国际退火铜标准);面向热导率先增加后降低,在石墨体积分数为82.6%时,面向热导率达到最大值为663.73 W m^-1K^-1;面向热膨胀系数降低(6.6×10^-6~2.2×10^-6K^-1);抗弯强度降低(42.48~14.63 MPa),抗压强度降低(45.75~20.46 MPa)。鳞片石墨在复合材料中高度取向排列,分布均匀。并对预测复合材料的热导率模型进行修正,发现测量结果和模型预测结果相吻合。

石墨烯化学镀铜对放电等离子烧结石墨烯增强铝基复合材料组织和性能的影响

通过化学镀方法得到镀铜石墨烯粉末,再通过静电自组装方法将镀铜石墨烯粉末与铝粉混合,然后经放电等离子烧结工艺制备镀铜石墨烯增强铝基复合材料,研究了不同质量分数(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)镀铜石墨烯增强铝基复合材料的微观结构和性能,并与质量分数0.1%未镀铜石墨烯增强铝基复合材料进行对比。结果表明:镀铜石墨烯在复合材料中分散均匀,复合材料的相对密度均在99%以上;铝和铜发生反应生成了中间相Al_(2)Cu,但未有Al_(4)C_(3)界面相生成;镀铜石墨烯增强铝基复合材料的硬度和耐磨性能均优于未镀铜石墨烯增强铝基复合材料;随着镀铜石墨烯含量的增加,复合材料的硬度先升高后降低,磨损质量损失和摩擦因数均呈先减小后增加的趋势。当镀铜石墨烯的质量分数为0.2%时,复合材料具有优异的综合性能,其硬度为74.7 HV,磨损质量损失和摩擦因数均最小,分别为0.0023 g和0.259,磨损机制为氧化磨损。

鳞片石墨填充PA66导热复合材料的性能

利用鳞片石墨(FG)的高导热性能,采用熔融共混法将鳞片石墨填充于聚酰胺66(PA66)中,制备出FG/PA66导热复合材料,研究了石墨填充量以及粒径对复合材料导热性能和力学性能的影响。研究表明:随着FG填充量的增加,复合材料的导热率显著增加,而力学性能逐渐降低。当填充量为50%时,导热率达到了3.07 W/(m·K),是纯PA66的12.3倍。力学性能在50%填充量时为最小值,拉伸强度和冲击强度分别为59.3 MPa和3.03 kJ/m^2。在相同填充量下,复合材料的导热率随着粒径增大而增大,当鳞片石墨的填充量为40%,填料粒径为150μm时,导热率达到最大值,为2.38 W/(m·K)。力学性能随粒径变化呈现先增大后减小的趋势,当粒径为100μm时,复合材料的力学性能最佳。

导电聚苯胺/鳞片石墨复合材料的制备及导电机理研究

采用湿法制备了导电聚苯胺/鳞片石墨导电复合材料.通过对其电阻、IR、SEM、DMA进行表征,以及运用层积模型对复合材料体系电学性能进行了拟合.结果表明:用偶联剂处理过的复合材料比未处理的在电阻性能上有较大改善,石墨粒子开始形成导电网络时的体积分数临界值Φc降低到1.43%.IR和DMA验证了温度升高使聚苯胺基体结构向苯-苯式转化,这一过程导致体系电阻在80℃之后呈下降趋势.层积模型对复合材料体系的拟合结果较好地符合了电导率与体积分数之间的线性关系.

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。

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。

原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成技术制备的铝基复合材料,权衡了强度和塑性间的矛盾,有望实现铝基复合材料的结构功能一体化。原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料比刚度,比模量高,具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和抗疲劳性能,是近年来金属基复合材料的研究热点之一,在汽车制造、高铁动车、航空航天和国防军事等领域具有广阔的应用前景。归纳了三种原位合成TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料反应体系(Al-K_(2)TiF_(6)-KBF_(4)体系、Al-TiO_(2)-B_(2)O_(3)体系和Al-Ti-B体系)的特点和优势,概述了原位合成TiB_(2)颗粒对铝基体晶粒尺寸、界面结合和润湿性产生影响的研究现状,对TiB_(2)颗粒强化铝复合材料力学性能的作用机制展开了讨论,梳理总结现阶段在此领域研究过程中仍未解决的问题,展望TiB_(2)颗粒增强铝基复合材料的潜在发展空间,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。

炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的导热和力学性能（英文）

为了改善纤维增强树脂基复合材料厚度方向(Z向)热导率和纵向(X向)压缩强度,通过向氰酸酯树脂中加入不同质量分数的鳞片石墨填料进行树脂基体改性,并与中国TG800炭纤维复合制备成炭纤维复合材料。研究了鳞片石墨/氰酸酯复合物固化前的流变性能,固化后的导热率、力学性能,以及炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的热导率和力学性能。结果表明,未固化鳞片石墨/氰酸酯复合材料的流变复数黏度随着鳞片石墨添加量呈指数型增加,随着形变量的变化表现出佩恩(Payne)效应,体现了鳞片石墨在树脂基体中的联通网络的形成和破坏过程;固化后复合材料的热导率随着鳞片石墨添加量的增加呈线性增加。当鳞片石墨添加量为10 wt%时,鳞片石墨/氰酸酯拉伸模量从2.9 GPa提高到4.3 GPa,提高了48%,热导率提高了100%,炭纤维/鳞片石墨/氰酸酯复合材料的Z向导热率提高了127%,复合材料纵向压缩强度提高了31%。

鳞片石墨掺杂对单向C/C复合材料结构和性能的影响

以大直径(40~50μm)中间相沥青基炭纤维为导热相,以掺杂一定量不同粒径天然鳞片石墨的中间相沥青为黏结剂,经500℃热压成型、高温炭化及石墨化处理制备出单向高导热炭/炭(C/C)复合材料。采用偏光显微镜和扫描电子显微镜对复合材料石墨化样品的形貌和微观结构进行表征,并探讨鳞片石墨掺杂对复合材料不同方向导热性能的影响。结果表明,掺杂鳞片石墨对复合材料的体积密度影响较小,但对复合材料不同方向的导热性能有显著影响,复合材料沿纤维长度方向的室温热扩散系数随鳞片石墨体积分数和粒径的增加而减小,而垂直纤维长度方向的室温热扩散系数呈现上升趋势;添加16 vol.%粒径约为60μm的鳞片石墨所制复合材料沿纤维长度方向热扩散系数由掺杂前的650.5 mm^2/s降至510.9 mm^2/s,下降了21%,而垂直纤维长度方向的室温热扩散系数由22.4 mm^2/s提高到48.9 mm^2/s,增加了118%。掺杂鳞片石墨明显提高了复合材料垂直纤维长度方向的导电性能和抗弯性能。

聚偏氟乙烯/鳞片石墨/碳纤维高导热复合材料的制备

以聚偏氟乙烯(PVDF)树脂为基体,天然鳞片石墨(FG)、碳纤维(CF)为填料,采用熔融共混法制备了PVDF/FG/CF复合导热材料,并研究了FG、CF含量及其改性对复合材料导热性能和力学性能的影响。结果表明,复合材料的热导率随FG含量的增加而增大,力学性能随着FG含量的增加而降低;CF的加入提高了复合材料的力学性能,但热导率略有降低;对CF进行表面氧化处理将使得复合材料的热导率以及力学性能有所提高,当CF含量为5%、FG含量为50%时,复合材料的热导率为11.4 W/(m·K),拉伸强度为48 MPa,断裂伸长率为11%。

固态法制备颗粒增强铝基复合材料的研究进展

颗粒增强铝基复合材料具备优异的综合性能,可用作结构-功能一体化构件,在新能源汽车、航空航天、核电和兵器装备等领域的应用潜力巨大。不同铝基体、颗粒增强体和制备方法对铝基复合材料的力学性能与物理性能的影响至关重要。近年来,科研工作者在颗粒增强铝基复合材料及其高性能制备方法上开展了大量工作,并取得一定进展。本文通过综述1xxx系、6xxx系等铝基体,氧化物、碳化物等颗粒增强体,粉末冶金法、大塑性变形法等固态法制备方法,力学性能、耐腐蚀性能等服役性能的最新研究进展,系统分析了不同制备方法的优势与目前存在的不足,以期为高性能颗粒增强铝基复合材料的选择、制备与应用提供参考。

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。

聚丙烯/鳞片石墨导热复合材料的制备及性能

以聚丙烯(PP)为基体,鳞片石墨(FG)为填料,通过添加偶联剂、开炼机混炼、模压成型的方法,制备了具有较高热导率和优良力学性能的PP/FG导热复合材料。考察了硅烷偶联剂的品种及用量、FG的粒径及含量对复合材料热导率和力学性能的影响。结果显示,使用偶联剂处理的FG对复合材料的力学性能具有一定的增强作用,但是材料的热导率降低;当KH 550添加量为FG含量的1%时,材料的力学性能最好;随着FG粒径的增大,材料的热导率明显提高,力学性能相应下降,粒径为17μm的FG与148μm的FG制备的复合材料相比,热导率提高了52.3%,拉伸强度和弯曲强度分别由34.4 MPa和51.5 MPa下降到25.1 MPa和43.0 MPa;随着FG含量的增加,材料的热导率增大,当17μm的FG含量为70%时,材料的热导率是纯PP的22.1倍,拉伸弹性模量和弯曲弹性模量也随之增大,断裂拉伸应变和断裂弯曲应变减小,拉伸强度和弯曲强度先减小后增大,并且在FG含量为20%时降到最低。

颗粒增强铝基复合材料往复挤压的数值模拟与实验研究

采用Deform软件对颗粒增强铝基复合材料的往复挤压过程进行数值模拟,将熵值法和逼近理想解排序法相结合对正交模拟方案进行评价。将优选出的工艺参数用于往复挤压试验。结果表明:核壳结构的钛铝金属间化合物增强颗粒在往复挤压的过程中未发生整体破碎和与基体脱离的现象,而且热压烧结时Ti Al_(3)壳体内部形成的粗大Ti晶在往复挤压后得到了有效细化。

原位合成TiC颗粒增强铝基复合材料研究进展

原位合成TiC颗粒增强铝基复合材料具有密度小、比模量高、低热膨胀系数、热稳定性和导热性能良好,以及耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀优良等一系列优点,成为了近年来金属基复合材料的研究热点。本文从反应体系、显微组织、力学性能和强化机制四个方面,综述了近年来原位合成TiC/Al复合材料的研究进展,指出了其存在的问题并展望了其发展趋势,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。

定向鳞片石墨/PA66导热复合材料的性能

采用廉价的鳞片石墨(FG)作为碳基导热材料,将FG定向排布于PA66板上,通过单向热压机,制备出高导热复合材料FG/PA66,研究了FG定向排布后复合材料的导热以及力学性能。研究表明,FG/PA66中FG定向排布形成高导热通路提高了复合材料的导热性能。当FG定向填充,含量为50%时复合材料热导率最高,高导热方向热导率为74 W/(m·K)。同时,采用硅烷偶联剂改善FG和PA66板的相容性,经过偶联剂处理之后复合材料的相比于未处理的复合材料不仅导热性能得到了提升,而且力学性能也得到了增强,含量为30%时热导率提升不明显,弯曲强度提升35%;含量为40%时热导率提升17%,弯曲强度提升34%;含量为40%时热导率提升37%,弯曲强度提升73%。