关键词： 正交试验   力学性能   聚乙烯醇纤维   水泥基复合材料  

摘要： 文中引入聚乙烯醇(PVA)纤维对橡胶水泥基复合材料进行改性,基于正交试验对聚乙烯醇纤维改性橡胶水泥基复合材料的力学性能进行研究分析,研究了不同橡胶掺量、不同聚乙烯醇纤维掺量、不同聚乙烯醇纤维长度三个变量对水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度的影响,分别找出了抗压、抗折测试中最有利的组合,并利用极差分析和方差分析对其力学性能测试结果进行分析,得出了各因素对抗压、抗折强度的影响程度。用扫描电镜(SEM)观察了橡胶和聚乙烯醇纤维在水泥基体中的微观形貌,为聚乙烯醇纤维改性橡胶水泥基复合材料的应用和推广提供了参考。

关键词： 钾离子电池   锑   氯氧化物   负极材料   MXene  

摘要： 钾离子电池被视为未来最有前景的廉价储能系统之一。Sb_(4)O_(5)Cl_(2)因具有较高的容量和密度,被认为是典型的高能量密度负极储钾材料,但存在导电性差、钾化过程中体积变化大而导致容量迅速衰减和倍率性能差等问题。为此,本文采用自制的超薄大尺寸MXene为导电添加剂,利用球磨辅助超声震荡法制备了MXene包覆Sb_(4)O_(5)Cl_(2)(MXene@Sb_(4)O_(5)Cl_(2))复合负极储钾材料,通过X射线衍射、扫描和透射电子显微镜等手段表征了MXene@Sb_(4)O_(5)Cl_(2)材料的物理化学性质,通过电化学工作站和恒流充放电设备测试材料的电化学储钾性能和行为。结果表明,与纯Sb_(4)O_(5)Cl_(2)相比,MXene的包覆大大缓解了容量快速衰减的现象,提高了高倍率下电池的循环稳定性,并且具有优异的倍率性能。

关键词： 高体积分数比   颗粒增强复合材料   弹性模量   随机分布  

摘要： 为研究高金属颗粒增强树脂基复合材料的力学性能,基于细观力学理论和细观有限元法预测了该复合材料的弹性模量。首先,制备了复合材料的标准试样,通过单轴拉伸试验测试了其宏观弹性模量,并观测了试样的微观特性。其次,采用基于细观力学理论的Voigt、Reuss、Mori-Tanaka和广义均值法预测了复合材料的弹性模量。然后,根据试样微观的粒径统计结果,采用高斯分布规律确定了金属颗粒粒径的级配及其数量,采用Python语言编写了颗粒随机投放程序,基于Abaqus平台构建了由颗粒、树脂基体以及界面组成的二维代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)有限元模型。最后,通过理论计算和有限元数值模拟预测了高金属颗粒增强树脂基复合材料的弹性模量。分析结果表明,广义均值模型和有限元模型预测的弹性模量与试验测试结果误差较小,复合材料弹性模量随金属颗粒的增大而增大。

关键词： 层间混杂复合材料   多尺度   不确定性   屈曲稳定性   多目标优化  

摘要： 层间混杂复合材料由多种纤维和基体混合而成,可以充分发挥多种复合材料的优势,实现多种性能的协同。但制造工艺的复杂性和参数的不确定性给层间混杂复合材料的优化设计带来了困难。为了解决上述问题,本文基于多尺度不确定性传播分析方法,通过神经网络模型实现了宏观参数不确定性的传播分析及精确度量,明确了层间混杂复合材料的多尺度不确定性传播规律。在考虑宏观材料属性不确定性的情况下,使用多目标优化算法,对加筋壁板的屈曲稳定性与结构轻量化进行了协同优化设计,实现了加筋壁板临界屈曲载荷的最大化,并减小了加筋壁板的质量。

关键词： TiC/316L复合材料   室温压缩变形   加工硬化   微观组织  

摘要： 通过设计50%变形量的室温压缩实验,对激光金属沉积技术制备的TiC/316L不锈钢复合材料在变形过程中的微观结构演变和加工硬化行为展开研究,揭示了TiC含量对材料加工硬化特性的影响。结果表明:修正后的Ludwik模型可以对TiC/316L复合材料的真应力-真应变数据进行非线性拟合,准确建立复合材料的真应力-应变模型和加工硬化模型,相关系数R达到0.98。TiC/316L复合材料在压缩过程中发生明显的加工硬化行为,所有参数的加工硬化曲线符合流变应力变化规律。TiC含量的增加会提高加工硬化率,然而增加至2%时加工硬化率出现降低,可能与TiC颗粒的团聚有关。在冷变形后,TiC/316L复合材料的微观结构呈现出晶粒沿压缩方向拉长、外延生长趋势打断及胞状亚结构细化的特征。

关键词： 拉挤   碳纤维   玻璃纤维   复合材料   力学性能  

摘要： 文章研究了玻碳混复合材料拉挤板的制造可行性与拉挤成型样板的拉伸和弯曲性能,使用玻璃/碳纤维丝束以及纤维布作为拉挤材料,聚氨酯树脂作为拉挤树脂进行拉挤成型样板的制备,对制备完成的样板进行切割、拉伸和弯曲样条制备,完成了样条力学的性能试验,并进行了相应地分析。分析结果表明:纵向样条的平均拉伸强度和平均拉伸弹性模量较好,均值可达到0.95 GPa和74.9 GPa;纵向弯曲样条的平均弯曲强度为0.991 GPa,是横向弯曲样条平均弯曲强度值的3.5倍,由此可看出纵向样条性能高于横向样条。根据对样板切割截面的表面缺陷进行观察,发现注射口位置和树脂流动性会影响制品的成型质量,进而决定了样条的力学性能。

关键词： 聚丙烯腈基碳纤维   表面接枝   碳纳米管   氧化石墨烯   导热性能   复合材料  

摘要： 聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)是广泛使用的复合材料的增强体之一,具有高比强和高比刚的特性,可显著提升复合材料的力学性能。同时,PAN-CF具有优异的轴向导热性能,但其径向导热系数则不够理想,加之高热阻聚合物基体的阻隔,因此碳纤维复合材料面外导热性能大打折扣。本研究通过PAN-CF表面改性来增强其径向导热和碳纤维复合材料面外方向导热性能。首先,在碳纤维表面电沉积镍/碳纳米管(Ni/CNT)三维杂化网络;在此基础上,通过冷冻干燥氧化石墨烯分散液,将垂直取向的氧化石墨烯(GO)接枝于CF@Ni/CNT,并进行热还原处理得到CF@Ni/CNT@TRGO。在60vol%填料量下,CF@Ni/CNT@TRGO-C复合材料的导热系数达到1.98 W·(m·K)-1,相比PAN-CF-C复合材料导热提升2.04倍。本研究有力地证明了在碳纤维表面构建连续导热网络和垂直导热结构可以显著提高碳纤维复合材料的导热性能,能够拓展高性能碳纤维复合材料在导热领域的应用。

关键词： SiC_(P)/Al复合材料   颗粒级配   尺寸稳定性   冷热循环处理  

摘要： 基于中位粒径分别为76μm和14μm的粗细两种SiC颗粒,按不同配比设计6种颗粒级配方案,并通过热等静压烧结成型制备体积分数为55%的SiC_(P)/2024Al复合材料,设计“冷热循环”和“固溶+冷热循环”两种稳定化热处理工艺,研究了颗粒级配及热处理对55%SiC_(P)/2024Al复合材料微观组织结构及尺寸稳定性的影响。结果表明:颗粒级配对铝合金基体中的Al_(2)Cu相含量有显著影响,当细SiC颗粒占比为40%时有利于Al_(2)Cu相的析出,而固溶+冷热循环稳定化热处理提高了Al_(2)Cu相的尺寸均匀性和分布均匀性,进一步提高相稳定性;在真实模型及标准模型中,稳定化热处理过程所产生的热错配应力水平,随着细SiC颗粒占比的提高表现出先上升后下降的趋势,占比为40%时Mises应力达到最大值(分别为7.95 MPa和3.52 MPa),有利于复合材料内部残余应力的释放,提高应力状态稳定性;采用14μm细SiC颗粒占比为40%的颗粒级配方案并进行固溶+冷热循环稳定化热处理时,55%SiC_(P)/2024Al复合材料具有最佳的尺寸稳定性,在5次180℃热载荷测试中的尺寸变化率保持在±0.07%以内。

关键词： 新能源材料与器件   综合实验   教学改革   课程思政   考核评价机制  

摘要： 新工科背景下,针对新能源材料与器件专业综合实验教学体系开展系统性改革。通过课程思政元素与锂离子电池组装与测试实验课程深度融合,将工匠精神、绿色理念植入教学环节;采用“线上线下混合式预实验 + 多维度互动”方法,设计虚实结合的模块化实验项目,拓展工程案例分析与行业工艺仿真训练;重构教学内容体系,建立“基础规范–综合设计–创新研究”分层递进式课程结构,配套多元化考核评价机制。改革突破传统实验单一技能培养局限,强化学生工程实践能力与创新意识,形成具有新工科特色的实验教学范式,为培养新能源电池行业应用型复合人才提供实践路径,教学成效表明学生高阶思维能力和工程素养显著提升,研究成果对新能源材料与器件专业实验教学改革具有示范价值。

关键词： h-BN/ZrO_(2)复合材料   薄带连铸   侧封板   烧结助剂   放电等离子烧结   氧化锆晶型   耐腐蚀性   致密化  

摘要： h-BN/ZrO_(2)(六方氮化硼/氧化锆)复合材料因综合性能优异,是一种具有应用前景的高温材料,尤其是在薄带连铸连轧工艺中作为一种优异的侧封材料具有独特的优势。然而,作为侧封板的BN-ZrO_(2)复合陶瓷在服役过程中经常因被钢水腐蚀而失效。因此,提高h-BN/ZrO_(2)复合材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗热震性具有重要现实意义。在常规烧结工艺中,烧结助剂主要是通过提高离子扩散系数、活化表面能,或者形成液相提高传质速率来影响陶瓷材料的性能,进而促进烧结致密化。为了提高BN/ZrO_(2)复合陶瓷的力学性能和耐腐蚀性能,采用放电等离子烧结(SPS)工艺,通过加入不同的烧结助剂,制备出不同h-BN/ZrO_(2)复合材料。通过对比不同h-BN/ZrO_(2)复合材料抗钢液侵蚀过程,研究了氧化锆(ZrO_(2))晶型和含量及添加剂种类对复合材料微观结构和物理性能的影响,分析了烧结助剂对SPS烧结过程的作用机理。同时,还研究了不同h-BN/ZrO_(2)复合材料对钢水的耐腐蚀性。结果表明,ZrO_(2)的耐腐蚀性能远高于BN(氮化硼)。对不含添加剂的h-BN/ZrO_(2)复合材料,侵蚀80 min后,其侵蚀层厚度明显增大,达到40μm左右,且侵蚀层与基体层之间没有过渡层。说明,h-BN/ZrO_(2)复合材料的侵蚀损伤主要是由h-BN的高温氧化挥发造成的,而钢液中分布的B和N元素是由BN氧化分解引起的,而钢液中的氧起着关键性的作用。SiO_(2)和La_(2)O_(3)作为添加剂时,试样存在明显的过渡层,钢液较容易进入基体;Al_(2)O_(3)和MgO作为添加剂时,侵蚀层和基体之间的过渡层存在明显的孔洞,侵蚀层对钢液的阻碍作用较强。合理调控添加剂,可以形成侵蚀层、过渡层和基体层。通过对不同h-BN-ZrO_(2)复合陶瓷抗腐蚀性能的研究,明确了不同h-BN-ZrO_(2)复合陶瓷在钢液中的侵蚀机理,为制备高性能且具有优异抗侵蚀性能的h-BN/ZrO_(2)复合材料提供了理论借鉴和工艺参考。