Si含量对Al-Cu-Si复合材料组织及性能的影响

通过调整Si元素的含量,制备出一系列不同Si含量(0,0.3%,0.6%和0.9%质量分数)的Al-Cu-Si复合材料,研究了Si含量对Al-Cu-Si复合材料的硬度、断口形貌及力学性能的影响。结果表明,在引入Si元素后,所有复合材料的布氏硬度均得到了显著提高,且硬度随着Si掺量的增加而增加,当Si含量为0.9%(质量分数)时,硬度达到最大值为60.2 HB;随着Si元素的引入,Al-Cu-Si复合材料的抗拉强度和抗压强度均得到了提高,且随着Si含量的增加呈现出先升高后降低的趋势,在Si含量为0.6%(质量分数)时,试样的抗拉强度和抗压强度均达到了最大值,分别为143.5和327.1 MPa;随着Si含量的增加,复合材料的延伸率持续下降,但当Si含量>0.6%(质量分数)后,延伸率的下降幅度开始降低;Al-Cu-Si复合材料的冲击韧性在引入Si元素后得到了明显的提高,且随着Si含量的增加,冲击韧性呈现出先升高后略微降低的趋势,在Si含量为0.6%(质量分数)时,冲击韧性达到了最大值为30.4 J/cm^(2);SEM分析发现,未掺杂Si元素的Al-Cu基复合材料的晶粒尺寸约为40μm,在引入Si元素后,试样的晶粒尺寸得到了明显的细化,由块状逐渐转化为条状颗粒,合金的组织更加均匀。整体分析可知,Si元素的掺量为0.6%(质量分数)时,Al-Cu-Si复合材料的综合性能最佳。

含Si量对Mullite纤维/Al-Cu-Si复合材料及其基体合金时效行为的影响

用挤压铸造方法制备了Mullite/Al Cu Si复合材料。用硬度 (HB)测试仪、差示扫描量热仪 (DSC)和显微镜研究含Si量变化和Mullite纤维对Al Cu Si合金时效硬化行为的影响 ;元素Si、Mullite纤维以及二者同时存在对Al Cu Si合金时效析出序列的影响。结果表明 :Si和Mullite纤维明显抑制了Al Cu合金GP区的形成 ;随着含Si量增加 ,Al Cu Si合金的时效硬化过程加快 ;Mullite纤维对Al Cu和Al Cu Si合金的时效硬化过程都具有加速作用 ,同时提高了基体合金的时效硬度 ,但相对而言 ,Mullite纤维对无Si的Al Cu合金的时效硬化加速作用更为明显一些。

MULLITE/AL-CU-SI复合材料界面微结构研究

用挤压铸造方法制备MULLITE/AL-CU-SI复合材料。用分析透射电镜(ATEM)观察了复合材料的微结构及微成分。结果表明:莫来石(MULLITE)纤维由大小不等、位相不同、分布不均的细小晶粒组成;在淬火态“纤维/基体”界面和“SI晶体/基体”界面附近基体一侧中,都可发现高密度位错的存在;在SI含量较高的情况下,MULLITE/AL-CU-SI复合材料界面处没有发现界面产物的存在,而在纤维/基体界面处析出非平衡共晶Θ(AL2CU)相。

Sr变质Mg_(2)Si/Al-Cu-Si复合材料的机理与组织性能

采用熔炼法制备了x%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si(x=15,20,25和30)复合材料,并选择15%和25%Mg_(2)Si含量的复合材料通过添加微量Sr进行了变质处理。结果表明,铸态复合材料组织由多边形块状Mg_(2)Si初生、棒状Mg_(2)Si共晶、网状θ-Al_(2)Cu、过剩Si和块状Q-(Al_(4)Cu_(2)Mg_(8)Si_(7))相组成。其中,Mg_(2)Si初生的晶粒尺寸约为31.2μm。随着Mg_(2)Si含量的增加,Mg_(2)Si初生由颗粒状转变为更为粗大的树枝状。加入0.04%Sr对15%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si进行变质处理,Mg_(2)Si初生的晶粒尺寸减小至20.1μm,尖角状Mg_(2)Si初生转变为多边形。用第一性原理计算变质元素Sr在Mg_(2)Si中结合能和吸附能揭示Sr的变质机理。计算结果表明,Sr优先吸附在Mg_(2)Si晶体{111}面,固溶并取代晶格中的Mg原子,改变{100}晶面和{111}晶面的相对表面能,从而抑制Mg_(2)Si沿<100>晶相的生长速度,实现了Mg_(2)Si颗粒的细化。对15%和25%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si复合材料及其变质态进行3点抗弯测试,结果表明,经过0.04%Sr变质的15%Mg_(2)Si/Al-3%Cu-3%Si复合材料抗弯强度和抗弯应变最高,分别达到246.9 MPa和1.23%。

考虑细观随机分布的SMC/UD混杂复合材料建模与分析

本文针对片状模塑料(SMC)/单向纤维(UD)构成的混杂复合材料力学性能进行研究,在细观层面采用蒙特卡洛方法随机生成纤维片,提出的抑制干涉效应的建模方法能够有效改善纤维片间的重叠率,通过敏感度分析确定了细观代表体元尺寸,对细观代表体元施加周期性边界条件以获得混杂复合材料弹性参数,模型的弹性模量预测结果和试验结果吻合良好;并进一步探讨了纤维片尺寸、体积分数以及铺层方式对混杂复合材料弹性模量的影响。结果表明:纤维片长宽比不同会导致代表体元尺寸发生变化,长宽比增加,混杂复合材料弹性模量增加;纤维片体积分数增加将导致混杂复合材料弹性模量增加;对混杂复合材料进行铺层设计,可以使其既具有SMC复合材料的可成型性,又具有与准各向同性材料相当的弹性模量。

选区激光熔化成型铝基复合材料研究进展

选区激光熔化(SLM)制备铝基复合材料,改善了传统制造方法遇到的颗粒团聚、界面结合差等问题。本文以激光参数和增强颗粒为切入点,综述了微观结构、组织转变、颗粒分散、晶体形态和界面结合等微观组织特征及演化规律。增强颗粒在基体中成为异质形核点,促进了晶粒细化,优化了晶体形态;激光参数调整能量输入,使熔池产生温度梯度,引起的Marangoni流优化了颗粒分布和界面等微观结构。阐述了SLM制备的Al基复合材料的拉伸和疲劳性能优于相同方法制造的铝和铝合金性能,并根据微观失效断面分析了影响因素。可通过调整激光参数和增强颗粒,改善微观组织,减少气孔和裂纹,从而提高材料拉伸和疲劳性能。最后总结了SLM制备的铝基复合材料的优缺点,根据仍存在的问题对尚待解决的技术问题和未来研究方向作了展望。

采用电阻加热工艺的复合材料二次胶接接头的拉伸剪切性能

通过试验研究了5种嵌入物对热固性复合材料二次胶接接头拉伸剪切性能的影响。试验结果显示:金属网嵌入物须进行表面处理才能提高胶接质量;电阻加热工艺制备的接头拉剪强度优于热压罐工艺;嵌入物可提高接头的拉伸剪切性能,碳纤维预浸料嵌入物的接头拉伸剪切性能最好;镍网嵌入物致密度高,对应的胶接质量优于铜网嵌入物;接头搭接区域端部存在严重的应力集中;金属网嵌入物提高了接头拉伸刚度;嵌入物接头呈现内聚破坏、黏附破坏、被胶接件纤维撕裂破坏、嵌入物破坏,剥离应力在破坏中起主要作用;断面破坏模式分布区域越不规则,胶接质量越差。

碳纤维复合材料在土建结构加固中的技术应用

碳纤维复合材料(CFRP)作为一种新型结构加固材料,具有质量轻、强度高、施工便捷等优点。通过对CFRP在混凝土构件、钢结构和桥梁加固工程中的应用研究,发现CFRP能显著提升结构承载能力。实验表明,CFRP与混凝土基材间的粘结强度在4.5 MPa以上时可确保加固效果;在钢结构加固中,CFRP片材的铺设角度在45±5°范围内最佳;对于桥梁加固,采用U型包裹法能使构件抗弯承载力提升40%以上。针对当前应用中存在的问题,从材料性能优化、施工工艺改进和质量控制等方面提出了相应的技术建议。

新工科背景下《金属基复合材料》课程多元化教学模式的创新与实践

随着新工科的发展,对工程类人才的培养提出了更高的要求。本文以《金属基复合材料》课程为例,探索了多元化教学模式的创新与实践,包括翻转课堂、项目式学习、混合教学和校企合作等方式。通过分析课程现状和存在的问题,提出具体的改革对策。实践表明,多元化教学模式能够显著提升学生的学习效果、实践能力和创新意识,为新工科人才培养提供重要支持。

复合材料专业教师促进专业课程思政教育的探讨

复合材料专业教师是学生专业知识的施教者和专业生涯的启航者,专业教师、专业课程中的思政教育以及它们的融合也是专业建设的新的关注点。该文针对复合材料专业的教育特征和发展特征,提出复合材料专业教师是复合材料专业课程思政教育的第一责任人、第一策划人、第一实施人和第一见证人。秉持坚定的立场和明确的方向是复合材料专业教师的职责,充实和贴切的内容是复合材料专业课程进行思政教育的充实内涵,专业教师在行为和方法上将专业知识与专业实际发展相结合进行立标和树人,并关注专业课程思政教育在身边和在未来的效果。专业教师在专业课程思政教育中发挥的独特作用,促进人才培养和专业建设的提升。

氢氧化镁-活性炭复合材料的制备及其对糖浆脱色工艺优化

为寻找绿色环保且具有高吸附性的糖浆脱色材料,本文通过原位生成氢氧化镁沉积在活性炭表面,制备了氢氧化镁-活性炭复合材料,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、比表面积和空隙度分析仪(BET)和X射线衍射仪(XRD)对制备的复合材料进行了表征,并以脱色率为指标,复合材料投入量、pH、脱色温度、脱色时间为影响因素,采用单因素及正交试验优化赤砂糖回溶糖浆脱色的最佳工艺。结果证明所制备的氢氧化镁-活性炭复合材料为多孔性,其比表面积和空隙率大、晶型结构良好、吸附能力强。糖浆脱色的最佳工艺为:复合材料用量为0.70 g,pH为10.00,脱色温度为50℃,脱色时间为50 min。在该工艺条件下的脱色率可达到80.7%,脱色效果明显优于商用活性炭。综上表明,氢氧化镁-活性炭复合材料对糖浆具有较理想的脱色效果,作为一种绿色材料在工业制糖方面具有一定的应用前景。

基于铝土矿的矿物复合材料的制备及其在川宣地1井深部卤水提锂中的应用

以天然铝土矿为原料,制备了以LiCl·2 Al(OH)_(3)·n H_(2)O为核心成分的铝土矿基矿物复合材料(bauxite-based mineral composites,BMC),并用于川宣地1井深部卤水中锂的分离和富集,并探讨了模拟溶液和真实卤水中BMC对Li^(+)的吸附和解吸性能。模拟Li^(+)溶液吸附结果表明,拟二级动力学模型和Langmuir模型能较好地描述吸附过程,且298 K时Li^(+)饱和容量为2.78 mg/g。川宣地1井深部卤水中Li^(+)分离和富集研究结果表明,BMC用量1.0 g/25 mL时,卤水中Li^(+)的吸附率达到86.38%,在Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)和Mg^(2+)等竞争离子存在的情况下,对Li^(+)具有良好的选择性吸附,经过5次吸附和再生后,吸附容量下降了10.64%。洗脱液经过离子交换树脂除杂后,采用Na_(2)CO_(3)沉淀的方式对洗脱液中Li^(+)进行富集,Li_(2)CO_(3)产率最高可达80%以上,且制备的Li_(2)CO_(3)与商用分析纯Li_(2)CO_(3)具备相当的品质,表明铝土矿基矿物复合材料在卤水提取Li^(+)方面具备一定的应用潜力。

热固性树脂基碳纤维复合材料的闭环化学回收与再利用

热固性树脂及碳纤维增强热固性树脂基复合材料(CFRP)日益增长的需求量和废料量使碳纤维的回收利用问题进入人们的视线。然而,由于树脂基体具有永久交联的网络结构,使CFRP难以温和降解回收。在双碳目标之下,闭环化学回收成为热固性材料可持续发展的关键。近年来,动态适应网络(CANs)成为可闭环化学回收热固性树脂设计与制备的优选方案之一。文章综述了含酯键、亚胺键、六氢三嗪结构、间乙烯氨酯键、酮胺结构和二硫键的CANs聚合物及碳纤维复合材料的闭环化学回收与再利用进展,并从催化剂、温度、pH值、溶剂等方面比较了它们各自回收的优缺点,旨在为未来可闭环化学回收的热固性树脂设计提供借鉴和参考。

连续吸波SiC纤维增强SiOC陶瓷基复合材料的高温吸波性能

利用带原位BN涂层的吸波SiC纤维为增强体,以硅氧碳(SiOC)陶瓷为基体,采用先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备SiC-BN/SiOC陶瓷基复合材料。在7个PIP制备周期后复合材料实现致密化,密度为2.05 g/cm^(3),孔隙率为4.28%。采用矢量网络分析仪测试介电常数,结合传输线理论对复合材料在8.2~18 GHz下室温至800℃的吸波性能进行计算优化。结果表明:SiC-BN/SiOC复合材料的室温介电常数呈现出明显的频散效应,使其具有良好的宽频吸波特性。当复合材料厚度为2.1 mm时,在X波段和Ku波段反射损耗优于-10 dB的最大频宽为5.7 GHz。此外,复合材料的复介电常数实部和虚部随着环境温度的升高而增大。在宽频反射损耗优于-5 dB的水平下,材料的最优厚度由2.3 mm(200℃)降至1.1 mm(800℃)。

基于复合材料性能退化规律的疲劳剩余刚度预测模型构建

针对现有复合材料剩余刚度预测模型考虑因素不全的问题,提出了一种考虑到最大应力、初始刚度、临界剩余刚度、循环周次及恒幅疲劳寿命共同作用的复合材料疲劳剩余刚度预测模型。结果表明:所提模型符合三阶段性能退化规律,可用于描述复合材料的剩余刚度退化,吻合精度高;模型在高应力区表现出比在低应力区更高的预测精度,这与高应力下数据点较为集中有关;与已有模型进行对比,本文所提模型对复合材料疲劳剩余刚度具有较高的预测精度和普适性。

具有结构健康监测功能的纤维增强聚合物基复合材料的研究现状

纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能在许多行业中得到了广泛的应用。但由于纤维增强聚合物基复合材料本身的结构特点,以及所处环境和荷载情况的复杂性,对其整体性和耐久性进行分析比较困难。采用结构健康监测(SHM)技术对复合材料的结构状况进行监测,提高了复合材料结构的安全性和可靠性,在许多行业得到了广泛的应用。综述了基于电阻传感的纤维增强聚合物基复合材料的SHM方式及其应用,并对纤维增强聚合物基复合材料SHM的发展进行了展望。

无机质增强植物纤维高分子复合材料研究进展

无机质增强植物纤维高分子复合材料已成为功能型复合材料领域中的重点关注对象,其具有性能优异、附加值高、应用领域广等优势。系统综述了国内外关于蒙脱土、云母、氧化物、碳酸钙、滑石粉、石墨烯、炭黑及碳纳米管等无机质增强植物纤维高分子复合材料在阻燃、耐老化、导电及电磁屏蔽等功能方面的研究现状和进展,针对无机质增强复合材料在功能性拓展、无机质与基体材料复合、功能性内在机理分析等方面提出存在的问题,并展望功能型复合材料领域的发展前景,以期为进一步推动高附加值功能型复合材料的研究提供科学理论依据。

Si-Ga共掺杂金刚石铜复合材料界面性能的第一性原理研究

为了研究金刚石/铜复合材料界面性能,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了Si和Ga原子掺杂金刚石/铜界面结构形成能、态密度、电荷密度.结果表明:形成能越低掺杂的界面结构越稳定,所以Si原子掺杂间隙2位置的金刚石(100)/铜(111)界面模型最稳定(-7.339 eV),Si原子掺杂第一层Cu原子位置金刚石(111)/铜(111)界面最稳定(-2.846 eV),Ga原子掺杂间隙1位置的金刚石(100)/铜(111)界面模型最稳定(-5.791 eV),Ga原子掺杂第一层Cu原子位置金刚石(111)/铜(111)界面最稳定(-0.895 eV).由于Si-Ga原子共掺杂金刚石(100)和铜(111)界面形成能降低(Ef=-13.259 eV),费米能级处态密度有所增加(7.578 electrons/eV),电子转移形成键合,Si-Ga原子共掺杂金刚石(100)/铜(111)间隙位置的界面最稳定.因此Si-Ga原子共掺杂是提高金刚石/铜界面界面性能的有效手段.

复合材料易碎盖承压和顶破性能研究

本文设计了一种通道尺寸为650 mm×650 mm的复合材料薄型易碎式发射箱盖,能够承载极大内压且顶破载荷较小,内压转换为集中力的大小是顶破载荷的7倍,并提出了薄弱区以及加强布的结构设计方案。制作了易碎盖并对其进行承压与顶破试验,试验结果表明,易碎盖的设计结构合理,能够承受0.055 MPa的内压,易碎盖中心点的最大变形为19.83 mm,而顶破易碎盖仅需要3.03 kN的载荷。本文分别建立了易碎盖承压试验和顶破试验的有限元模型,分析结果与试验结果的误差分别为12.7%和8.0%,可以较为准确地预测易碎盖的变形和强度。基于有限元模型,分析了不同位置的加强布层数变化和不同易碎盖厚度对易碎盖变形的影响,Ⅱ,Ⅲ区加强布层数和易碎盖厚度的增加会导致易碎盖变形减少。本文的研究内容可以为薄型易碎式发射箱盖的工程制作提供参考。

基于Lamb波空间反演对称破坏的无基线复合材料损伤定位

在复合材料的实际损伤检测过程中,基线数据难以获取且不可避免地受到操作和环境条件的影响,导致检测难度增加。通过基于Lamb波空间反演对称破坏原理的无基线方法对复合材料平板进行多损伤定位。通过交换激励接收换能器顺序,获得正-反向传播Lamb波中的直达波包,并进行信号幅值和相位的差异性分析,有效提取损伤路径。然后,采用DBSCAN和K-means聚类算法对缺陷进行定位。通过实验验证了该方法的有效性,并与传统概率成像算法进行对比分析。结果表明,相比于概率成像算法,该方法定位精度得到明显提升。此外,通过对平行阵列的优化有效解决了检测区域存在盲区的问题,并结合D-K算法实现了复合材料板单缺陷和双缺陷的定位。