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。

TiB-Ti周期序构复合材料设计、制备及性能研究

高性能结构材料部件在航空航天、交通汽车、电子信息、冶金等领域具有重要的应用价值,得到了广泛研究。增强结构材料部件整体性能的方法主要包括材料本征性能提升和结构复合设计优化,但提高单一结构材料的本征力学性能的研究已接近极限。本研究旨在提出周期序构结构材料的理念,并采用一体化烧结制备出整体性能更好的结构复合材料,从而探索高性能结构复合材料发展的新范式。通过周期序构化的设计,构建了兼具陶瓷高硬度和金属强韧性的TiB-Ti功能单元,设计制备了不同周期序构模式的TiB-Ti高性能结构复合材料。在此基础上,对这些结构进行了力学性能研究,并通过分析其断裂模式来探究不同序构模式对材料整体性能的影响。结果表明,周期序构化可以通过改变材料宏观断裂模式和应力分散特性来提高材料的整体性能。这一研究新范式对其他结构复合材料的结构设计和性能突破具有指导和借鉴意义。对周期序构模式的复杂化探索,对周期序构结构材料的应用场景探索和其他性能测试研究也将是未来需要重点关注的问题。

吸波预浸料树脂及其复合材料的综合性能研究

将羰基铁粉(CIP)和乙炔炭黑(CB)作为吸波剂引入到中温固化预浸料树脂体系中,通过测试吸波预浸料树脂的流变性能、凝胶时间、固化特征温度、热失重性能等确定吸波剂的加入对预浸料树脂性能的影响。结果表明,CIP和CB吸波粒子的加入对预浸料树脂的凝胶时间、固化特征温度的影响较小,对预浸料树脂的流变特性影响较大。为满足工艺性能要求,CIP吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~2.5,CB吸波粒子的加入量与树脂的质量比宜控制为0~0.03。相比于单层结构吸波复合材料,双层结构吸波复合材料的吸波性能更为优异,综合考虑其成型工艺性能和吸波性能等,以C3C为透波层、Fe250C为损耗层的材料组合综合性能最佳,其最大有效吸波带宽为3.85 GHz,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.9 mm和1.5 mm,最小电磁波的反射损耗RL值为-35.46 dB,对应的透波层和损耗层厚度分别为0.5 mm和1.4 mm。

厚/薄铺层混杂复合材料层合板低速冲击损伤及冲击后压缩特性研究

相对于传统厚铺层碳纤维增强树脂基复合材料,薄铺层复合材料具有明显的损伤抑制效应,在诸多力学性能方面表现更为优异。基于准各项同性厚铺层层合板,采用“离散”与“聚集”2种薄层嵌入厚层的方式衍生出的2种厚/薄层混杂层合板,研究低能量冲击载荷作用下的复合材料结构的损伤程度和分布特征以及冲击后的剩余压缩性能。实验获取了冲击与准静态压缩实验过程的力学响应;超声C扫与热揭层实验揭示了3类含冲击损伤复合材料层合板的分层损伤形貌特征,量化了损伤尺寸大小。实验结果分析表明:薄层的“离散”与“聚集”2种嵌入厚层的方式,充分利用了薄铺层复合材料的损伤抑制效应,改变了复合材料结构分层损伤的中心对称分布特征与特征分层损伤沿厚度方向分布位置,改善了复合材料层合板的剩余压缩性能。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

新型高温陶瓷天线罩材料的研究进展

导弹天线罩是保护导弹导引头天线在恶劣的环境下能正常工作的一种装置,其性能直接影响导弹的制导精度。天线罩材料经历了如下发展路径:氧化铝陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→陶瓷基复合材料,并逐步向宽频带、多模通讯与精确制导方向发展。近年来,陶瓷基高速导弹天线罩技术发展十分迅速,重点介绍了高温陶瓷导弹天线罩的主要材料体系,并对各种体系陶瓷天线罩材料的特点及国内外研究现状进行了评述。

阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料制备技术的研究

通过正交试验研究制备阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料。结果表明:阿利特和硫铝酸钡钙矿物能够共存于同一熟料体系,这为合成阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料奠定了重要基础;对该熟料力学性能影响程度最大的因素是矿物设计比例,其次是做烧温度,各因素的最佳水平分别为矿物设计比例C_3S:C_2S:C_(2.75)B_(1.25)A_3S=15:15:65,煅烧温度为1350℃,Fe_2O_3掺加量为1％,CaF_2掺加量为2％;同时,在最佳水平条件下制备的熟料1d,3d和28d抗压强度分别达到51.7MPa,77.0MPa和79.5MPa,展现出良好的早期力学性能。同时利用XRD和SEM-EDS对熟料矿物组成及结构进行了分析。

石墨/聚合物复合材料双极板的研究进展

评述了采用石墨/聚合物复合材料制备质子交换膜燃料电池双极板的研究进展,主要分析了原材料、制作工艺对复合材料电导率、力学强度等性能的影响,并介绍了赋予此类双极板内增湿功能的研究概况,预示了燃料电池用双极板的发展方向。

溶胶凝胶法制备α-Al_2O_3纳米材料团聚控制研究新进展

从溶胶制备、凝胶干燥和粉末培烧三个方面综述了纳米α-Al_2O_3制备过程中团聚的机理和控制措施。表明制备溶胶时选用合适的pH值、加入高分子分散剂,溶胶干燥时采用低表面张力的有机溶剂,喷雾干燥、冷冻干燥,培烧时加入晶种有助于制备小粒径的α-Al_2O_3纳米材料。

铁电-铁磁复合材料的研究现状及发展趋势

铁电-铁磁复合材料是一种由铁电相和铁磁相复合而成,具有磁电转换功能的新材料,它具有广阔的应用前景。系统地介绍了铁电-铁磁复合材料的原理、性质及研究进展,最后对存在的问题及发展趋势作了分析。

基于SHS技术制备铸造钢基TiC-Fe梯度复合涂层及其界面结构

基于自蔓延高温合成(SHS)技术,在碳钢的铸造过程中,同步合成了厚10mm的TiC-Fe金属陶瓷复合涂层。采用X射线衍射(XRD)确定了合成涂层的相组成,并分别用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析了涂层的显微组织及其与钢基体的界面结构。实验结果表明,合成的涂层除表面2mm的区域外,其它部分均具有较致密的结构。而且,涂层中原位合成的TiC颗粒的数量和尺寸均沿涂层的厚度方向逐渐递减,直至与钢基体实现梯度复合。初步认为,浇铸的钢液向Ti-C-Fe预制块中的渗透以及预制块中Fe粉的熔化对上述梯度复合涂层的形成起到了积极的作用。