孔槽泡沫夹芯复合材料真空辅助树脂传递工艺仿真与优化

本工作提出了孔槽泡沫夹芯复合材料的设计方案并针对真空辅助树脂传递(VARI)工艺进行了实验和仿真研究。首先,通过实验测得玻璃纤维织物和树脂的相关参数,利用Hagen-Poiseuill方程和达西定律算出孔洞和沟槽的等效渗透率;接着,利用PAM-RTM模拟孔槽泡沫夹芯复合材料的VARI工艺过程,并与实验结果进行对比;然后,使用PAM-RTM研究了芯材加工参数、树脂灌注方式和导流网铺敷区域对成型过程的影响,并选出了最优方案;最后,在此方案的基础上研究了树脂黏度与灌注时间的关系,并拟合得到了预测函数。结果表明:实验结果与仿真结果基本一致;最优灌注方案可显著缩短树脂填充时间并降低整体孔隙率;预测函数可准确预测灌注时间,对实际生产具有一定的指导意义。

压电陶瓷/聚合物基新型阻尼复合材料的研究进展

压电陶瓷/聚合物基复合材料兼具了聚合物和压电陶瓷两相的优点,是新型的智能阻尼材料。叙述了压电陶瓷/聚合物基复合材料的阻尼性能表征、阻尼原理以及影响阻尼性能的主要因素,并展望了研究前景。指出从压电阻尼材料的基础理论、制备工艺和性能表征、结构与性能关系上寻找突破,可以获得可控的高阻尼压电复合材料。

硅氧烷改性环氧树脂对铝基复合材料制动盘配套闸片摩擦系数的影响

以端羟基聚二甲基硅氧烷(HTPDMS)与环氧树脂(EP)为原料,合成了硅氧烷改性环氧树脂(ES),用其与热固性酚醛(PF)共混(PF/ES)作为黏结剂,与PF、PF与EP共混物(PF/EP)进行比较,研究其耐温性和韧性。并制备了匹配铝基复合材料(AMMC)制动盘的闸片材料,探讨了多种压力和转速条件下黏结剂对刹车片摩擦性能的影响。结果表明,引入HTPDMS提高了EP的耐温性,与PF共混后700℃以上残留物质量较PF提高181.1%;PF/ES具有较高的韧性,其冲击强度较PF和PF/EP分别提高467.1%、270.4%;采用PF/ES制备的闸片在停车制动和高温制动中摩擦系数(COF)稳定、大小适宜、不伤盘;共聚焦显微镜下观察在停车制动阶段出现了不连续的转移膜,主要的磨损形式为黏着磨损、疲劳磨损,高温制动时PF/ES制备的闸片表面存在碳化膜,主要磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损。

齿轮精密塑性成形理论技术装备研究与应用

齿轮是传动系统的核心基础件,被广泛应用于机械、汽车、航空航天装备等领域。齿轮传统制造技术为切削加工,其材料利用率低、加工周期长,特别是金属流线切断,损害齿轮性能,无法满足高端装备发展需求。齿轮精密塑性成形制造技术具有节能、节材、高效和优质等特点,是高性能齿轮技术发展方向。阐述了齿轮精密塑性成形理论方法,分析了国内外圆锥直齿轮、圆柱直齿轮和圆柱螺旋/斜齿轮精密成形技术特点;介绍了齿轮精密成形典型装备及产线,总结了齿轮无切削摆辗精密成形和锻造精密成形应用情况。此外,展示了圆锥螺旋齿轮多自由度包络成形和非圆齿轮锻造成形新方法,为高性能齿轮无切削成形制造技术装备研究与应用提供了参考。

放电等离子技术制备陶瓷与复合材料

介绍了采用放电等离子烧结技术,以不同含量的CaF2为烧结助剂制备透明AlN陶瓷、以放电等离子烧结技术制备多孔材料以及用放电等离子烧结技术进行合金材料界面的焊接。结果表明,放电等离子烧结技术能在短的时间制备透光性能良好的透明陶瓷,短时、低温下制备孔隙均匀可控的多孔材料,以及在较低的焊结温度和保温时间上获得高的焊结强度。

连续纤维增强热塑性复合材料热压成型工艺研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料(CoFRTP)具有损伤容限高、成型周期短及可回收利用等优点,在航空航天及新能源汽车等领域能够规模化应用。热压成型工艺因其高效率、低成本的优势得到广泛的关注,但由于该工艺涉及成型参数多,以及成型过程中材料大变形、非线性、多相变等多场耦合的特点,所制构件易产生褶皱、纤维开裂及外形尺寸变形过大等质量缺陷,对构件力学性能的稳定及后期装配带来极大挑战。为克服传统试错法低效率、高成本的缺点,提高热压成型设计效率,本文重点对热压成型工艺及其相应有限元数值仿真方法进行综述。本文从CoFRTP应用现状及制造关键、热压成型工艺过程分析及研究现状和热压成型工艺仿真方法3个方面展开,最后对后续的研究工作进行展望。本文将为CoFRTP高效率和高质量成型提供理论指导,对相应的结构设计和工程应用起到推动作用。

单向增强热塑性复合材料热冲压成型仿真与优化

基于超高分子量聚乙烯纤维增强聚氨酯(UHMWPE/PUR)单向带预浸料对热冲压过程进行模拟仿真建模与工艺优化研究。首先对单向增强热塑性复合材料在热冲压过程中的力学行为进行描述,建立热-率相关的非正交次弹性本构面内剪切本构,同时考虑热相关的面内拉伸性能;使用ABAQUS进行半球热冲压成型模拟仿真;基于主曲率法,使用MATLAB对模拟结果的面外褶皱进行定性与定量评估;研究热冲压成型工艺中,三个主要参数(压边圈压强、预浸料初始温度与模具温度)与褶皱量的关系;以最小量面外褶皱为目标,使用响应面方法对热冲压模拟成型进行优化,确定压边圈压强、预浸料初始温度及模具温度的最佳工艺参数。结果表明:压边圈压强与预浸料初始温度对褶皱影响较大;响应面法能够较为准确地预测出最佳成型工艺参数。

周期性叠层材料的成型和制备新技术

叠层复合是一种新型的复合构型,它具有提高材料断裂韧性和抗弯强度的优异特性,对优化陶瓷的力学性能十分有效。本文对叠层材料的不同成型和制备工艺,特别是有我们自己特色的沉降成型、制备工艺作了综述性研究。

Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/MoO_(3)纳米复合材料制备及三甲胺气敏性能研究

水产品的新鲜度极大地影响着人类的生命及身体健康,水产品在存放过程中会释放出以三甲胺为代表的胺类气体,通过检测这类气体的浓度可以监控水产品的新鲜度.本文以具有优良气体敏感性能的MoO_(3)纳米带作为基体,通过引入Cu_(3)Mo_(2)O_(9)纳米颗粒制备Cu_(3)Mo_(2)O_(9)/MoO_(3)复合材料,具有非常好的三甲胺气体敏感性能、快速响应/恢复时间及长期稳定性.结果表明,采用这种复合材料制备的气敏元件在50-240℃,质量分数为5×10^(-6)时对三甲胺气体的响应可达到Rair/Rgas=13.9,最小检测极限的体积分数为2×10^(-7).分布在MoO_(3)纳米带表面的Cu_(3)Mo_(2)O_(9)颗粒与基体形成异质结界面,利用Cu_(3)Mo_(2)O_(9)的强氧吸附能力与催化效应促进电子与空穴的分离,显著改善了复合材料的电子输运性能和气敏特性,为制备高性能MoO_(3)基气敏材料提供了新的策略.

Gd/Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)热电磁梯度复合材料的服役稳定性

将热电材料与磁卡材料复合,发展基于热电制冷和磁制冷耦合增强的热电磁能源转换全固态制冷新技术,有望实现从热电制冷向热电磁制冷的技术变革,但目前热电磁复合材料在服役环境下的稳定性还有待研究。本研究采用放电等离子体烧结技术将Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)(BST)热电材料和Gd磁卡材料复合,制备了一系列Gd/BST热电磁梯度复合材料,系统研究了该复合材料在338 K、80%相对湿度(RH)的环境下老化12 d过程中的物相组成、显微结构、热电性能及制冷性能的演变特征。结果显示,Gd/BST热电磁梯度复合材料的物相组成和显微结构具有良好的服役稳定性,Gd/BST异质界面的Gd-Te扩散层化学成分和厚度(~4.5μm)在老化过程中未发生明显变化。测试不同Gd浓度梯度方向热电性能和单臂器件制冷性能发现,老化前后材料的ZT变化非常小,单臂器件制冷温差在2.5A阀值电流下稳定在6.5 K左右,表明Gd/BST热电磁梯度复合材料具有良好的热电性能和制冷性能服役稳定性。

特种陶瓷材料快速烧结新技术研究

特种陶瓷作为工程材料的重要组成部分具有广阔的工业应用前景。传统烧结方法制备的特种陶瓷晶粒粗大且性能较差,高耗能和高耗时的特点也不符合绿色可持续发展的要求。快速烧结新技术的发展为这一难题提供了解决方法,利用快速烧结技术,陶瓷材料的制备时间和能耗大大降低,同时其在烧结过程中的晶粒生长也受到抑制,材料性能得以优化。主要围绕放电等离子体烧结(SPS)、高温自蔓延烧结(SHS)和基于这两种技术发展的烧结新方法(SPS Plus, SHS Plus),从烧结机理和实际应用的角度总结了特种陶瓷材料快速烧结新技术的发展。研究表明快速烧结新方法在快速制备、陶瓷连接、梯度和纳米陶瓷制备方面有独特的技术优势。

材料先进制备技术的创新与发展

为了展示我国科研人员和国际学者在先进材料制备领域的最新研究成果，了解该领域的发展趋势，进一步加强我国材料科学研究人员与国际同行的学术交流与合作，推进我校材料科学及相关学科的建设与发展，武汉理工大学、日本东北大学以及澳大利亚蒙纳士大学于2008年11月14～17日联合举办了以“材料先进制备技术”为主题的国际会议，

欧美亚区域实验室运行机制比较研究

在百年变局加速演进的背景下,全球科技竞争日趋激烈,并呈现出多元化和多层次演化的严峻态势。为抢占世界科技制高点,创建高水平科技研发平台并探寻我国区域实验室的运行机制、创新路径和发展战略十分迫切,也十分必要。基于对欧美亚区域实验室的基础性地位和发展战略的认识,深入分析了欧美实验室灵活的人才引育政策和柔性的管理机制,以及日韩实验室运行的“供血、造血”可持续发展经验,并对欧美亚区域实验室的评估、考核和淘汰机制进行了一系列对比分析,得到了如强化政策支持、增强“造血”功能、加强人才培养、与产官学界紧密结合以及建立多元化合作伙伴关系等重要启示,冀能为我国区域实验室的建设发展和相关政策制定提供参考和借鉴。

SnS_(2)/ZIF-8衍生二维多孔氮掺杂碳纳米片复合材料的锂硫电池性能研究

锂硫电池(LSBs)因能量密度高、原料储量丰富、环境友好等优点引起了广泛关注。然而,多硫化物的穿梭效应、反应过程中较大的体积膨胀以及硫较差的电子电导率等缺点极大地限制了其发展。本研究设计了一种SnS_(2)纳米颗粒与ZIF-8衍生的花状二维多孔碳纳米片/硫复合材料(ZCN-SnS_(2)-S),并研究了其作为锂硫电池正极的电化学性能。其独特的二维花状多孔结构不仅有效缓解了反应过程中的体积膨胀,而且为Li+和电子的传输提供了快速通道,杂原子N也促进了对多硫化物的吸附作用。并且负载的极性SnS_(2)纳米颗粒极大地增强了对多硫化物的吸附,从而使ZCN-SnS_(2)-S复合材料表现出优异的电化学性能。在0.2C(1C=1675 mA·g^(–1))电流密度下,ZCN-SnS_(2)-S电极循环100次后仍能保持948 mAh·g^(–1)的高可逆比容量,容量保持率为83.7%。即使在2C的高电流密度下循环300圈,ZCN-SnS_(2)-S电极仍具有546 mAh·g^(–1)的可逆比容量。

CoFe_(2)O_(4)/生物质碳复合材料的制备与吸波性能

采用一锅水热法及高温煅烧法制备了CoFe_(2)O_(4)/生物质碳复合材料。从材料微观形貌、晶体结构和电磁参数表征说明,CoFe_(2)O_(4)能够均匀分散在碳基材料中,CoFe_(2)O_(4)的存在有利于生物质在碳化过程产生缺陷极化,这有利于增强材料的吸波性能。通过调节CoFe_(2)O_(4)的含量,实现对复合材料电磁参数的有效调控,进而优化其阻抗匹配性能。实验结果表明,CoFe_(2)O_(4)/C-3.0复合材料在2.0 mm下获得最小反射损耗(Reflection loss RL)值为-48.0 dB,有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth EAB)为5.5 GHz。

复合材料表面金属导电涂层制备技术研究进展

介绍了在复合材料,主要是在碳纤维复合材料表面制备金属导电涂层的相关技术,主要包括火焰喷涂技术、金属网技术、铺贴金属箔技术和冷喷涂技术等,国内外学者针对这些技术,从工艺参数、制备材料种类和制备方法等方面进行了详细研究。本文对各种方法的涂层制备效果和导电或防雷击能力进行了评价,并提出了复合材料表面涂层制备的发展趋势。

自蔓延高温合成技术及其制备新材料的研究

介绍了自蔓延高温合成技术的发展和国内外研究的概况,分析了SHS技术研究与发展的几个重要方向,介绍了SHS研究的最新动向,对中国学者在此领域的工作所取得的成果给予了介绍和评价。

陶瓷材料断裂韧性的高效评价方法的探究

近几年新兴陶瓷产业不断拓展,如芯片用高导热陶瓷基板等,推动着材料性能测试技术走向批量化和高效化。断裂韧性是陶瓷材料的一个重要力学性能指标,但现有测试技术存在测试结果误差较大、制样过程繁琐、效率低等问题,使其在工业研发设计及生产中受到一定程度的限制。笔者综述了材料韧性的相关测试技术及对应测试指标包括断裂韧性、断裂能、J积分、冲击韧性等,对比分析了常见陶瓷材料的断裂韧性及其相关力学性能指标,以寻求一种高效的准确的评价方法;考量了陶瓷材料的抗弯强度的适用依据和适用范围,并通过相关文献数据验证其准确性。而笔者将为批量化工业研发设计和陶瓷材料生产过程中的韧性评价提供新的思路。

燃料电池船舶复合供能系统控制策略设计与仿真

针对燃料电池船舶复合供能系统中的燃料电池功率波动问题和储能单元电池荷电状态(State of Charge, SOC)极端分化问题,依据系统拓扑结构,提出基于负载功率频率分解与模糊逻辑控制法相结合的复合供能系统控制策略设计。采用实例仿真验证该设计的优势。结果表明,该设计可有效保持燃料电池输出功率平滑,对储能单元SOC具有良好的均衡控制效果。

向自然学习:实现从无生命复合到有生命复合的跨越——材料与生命物质的交叉创新分论坛侧记

材料复合的发展趋势是多尺度多组分的精确复合和多层次多功能的精确调控,以大幅提高材料的性能。生命复合材料来自大自然的启示,是大自然生物体中最普遍的现象,具有高效协同的功能特性。将材料与生命物质进行精确复合,伴随着新原理的发现和新功能的产生,可为解决能源、环境、医疗健康、生命科学中的挑战提供新思想、新技术、新方法!这一科学思想把具有特殊功能的细胞或生命体引入到材料制备中,创造出具有生命功能的仿生复合材料,从而实现从无生命复合到有生命复合的跨越,具有开创性学术意义和前瞻性应用前景。