关键词： 颗粒增强铝基复合材料   搅拌铸造   微观结构   疲劳寿命   断口形貌  

摘要： 为了探究纳米颗粒增强铝基复合材料的疲劳断裂特征,本文采用无卷气电磁机械复合搅拌铸造方法制备了Nano-Al_(2)O_(3p)/Al-Cu-Mg-Si复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)进行微观结构分析,利用万能试验机进行拉伸性能测试,利用疲劳试验机对其疲劳寿命进行测试并对疲劳断口形貌进行观察研究。结果表明:Nano-Al_(2)O_(3p)/Al-Cu-Mg-Si复合材料主要由α-Al相、Nano-Al_(2)O_(3p)相以及Al_(2)Cu相等组成,且Nano-Al_(2)O_(3p)及Al_(2)Cu主要分布在α-Al晶界处。与基体合金Al-Cu-Mg-Si相比,Nano-Al_(2)O_(3p)/Al-Cu-Mg-Si复合材料的屈服强度提高了19.3%,抗拉强度提高了19.2%,试样循环周次提高了164854周次。Nano-Al_(2)O_(3p)/Al-Cu-Mg-Si复合材料疲劳断口形貌分析表明:宏观断口形貌主要包括疲劳源区、疲劳裂纹扩展区、快速断裂区;疲劳源区的微观形貌可见明显的驻留滑移带,滑移面更加光滑且未出现挤出脊;对疲劳裂纹扩展区的微观形貌观察未发现疲劳辉纹,断面有被氧化现象且疲劳裂纹发生偏移;快速断裂区的微观形貌中可见韧窝、微裂纹、解理以及准解理等多种形貌特征。

关键词： 烧蚀材料   热响应   体积烧蚀   表面烧蚀   数值模拟  

摘要： 针对酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料(PISF)烧蚀热响应过程受热边界难处理的问题,建立了PISF的三维流-热-烧蚀多场耦合模型,预测了高温环境下材料受热过程和散热过程的瞬态温度分布,模拟了体积烧蚀和表面烧蚀过程,分析了各项参数对PISF传热的影响。结果表明:随着受热时间的增长,材料表面温度逐渐升高,流入表面的热流迅速减少。受热面中心点处受到的热流最大,约3.6 s后开始发生烧蚀,烧蚀最为明显。材料表面受热后迅速分解,产气速率迅速达到峰值,后期由于表面热阻效应,产气速率逐渐降低。一定条件下,提高导热系数会降低烧蚀后退速率和提高产气速率,背温升高,不利于材料隔热;提高热容会降低烧蚀后退速率和产气速率,背温降低,有利于材料隔热;显著提高渗透率会增强流体流动传热,提高烧蚀后退速率和产气速率,背温升高,不利于材料隔热。研究结果可以提高对PISF烧蚀热响应过程的认识,并为热防护材料的优化设计提供参考。

关键词： 二氧化硅   掺杂   拉曼光谱   吸收光谱   发光性能  

摘要： SiO_(2)纳米材料作为典型的纳米绝缘材料,其量子尺寸限制效应和不同类元素独特的光电特性相结合,在生物医药方面及纳米器件集成电子领域具有广泛应用。随着科学时代的到来,研究成果日益增加,稀土掺杂纳米发光材料的研究工作逐渐展开,其应用范围也很广阔,如:信息显示、激光材料、光纤通信、甚至荧光探测。Sm^(3+)是一种重要的稀土氧化物离子材料,它在太阳能电池、纳米电子器件、半导体玻璃、生物化学传感器和纳米磁体等领域具有潜在应用。本研究使用热蒸发法合成了Sm^(3+)掺杂SiO_(2)纳米棒材料。通过扫描电镜、X射线衍射谱和拉曼散射光谱等手段对样品进行分析发现:Sm^(3+)掺杂SiO_(2)纳米棒为四方相晶体;随沉积温度降低,纳米棒直径增大,沉积密度减少,样品形貌由纳米棒状结构逐渐变为微米颗粒;由于Sm^(3+)离子半径较大,导致掺杂后SiO_(2)晶格衍射向小角度偏移,晶格常数增加,晶胞体积增大。Sm^(3+)掺杂SiO_(2)纳米棒的生长过程没有金属催化剂的影响。在饱和蒸汽压和Ar气流作用下,气态SiO_(2)会顺着气流方向沉积在温度不同的衬底区域上。在高温区优先沉积成晶核,由于腔体内残余氧气含量逐渐被消耗降低,纳米线在生长过程中直径逐渐减小,导致生成物顶部为针状。我们推断在衬底生成纳米线的同时Sm^(3+)替代少量Si^(4+)进入SiO_(2)晶格中。而在低沉积温度的基底上,随着腔体内氧含量降低,原子扩散驱动力弱,限制一维结构的生长,易生长出零维结构。Sm^(3+)掺杂SiO_(2)纳米棒的制备遵循气-固(VS)生长机制。Sm^(3+)掺杂SiO_(2)纳米棒的光学性能使用紫外吸收光谱、光致发光光谱进行分析,发现了Sm^(3+)掺杂纳米材料会促进晶体结构由单斜晶相向四方晶相的转换,进而引起UV谱中吸收带蓝移,文中实验制备的四方结构SiO_(2)纳米材料紫外吸收边蓝移,对应的带隙增大了0.7~0.8 eV。当受到激发后,不同于传统的无掺杂SiO_(2)纳/微米材料,Sm^(3+)离子掺杂后SiO_(2)将能量传递给Sm^(3+),材料展示出良好的Sm^(3+)稀土离子特征发光性能。该研究对SiO_(2)材料在光信息领域的应用具有重要指导意义。

关键词： 数字化   增材制造   复合材料   航空制造技术  

摘要： 2024年,全球航空制造技术迎来新突破。复合材料、增材制造等领域向数字化、智能化迈进。本文精选中项具有重大性、前沿性、推广性和环保性的进展,展现行业热点趋势。2024年,美欧航空工业强国大力推动航空制造技术创新发展,力求保障航空产品性能、缩短研制周期、降低制造成本以及提高产品可靠性。

关键词： 钛合金-羟基磷灰石复合材料   制备工艺   羟基磷灰石   粉末冶金   搅拌摩擦焊接  

摘要： 骨修复用钛合金-羟基磷灰石(HA)复合材料因兼具良好的生物相容性与力学性能而备受关注。材料的金属部分构成了具有良好力学性能的基体骨架,由钙磷化合物组成的非金属部分则能有效促进骨细胞生长,确保材料具有良好的生物相容性。该类材料现有制备工艺有高温烧结和搅拌摩擦焊接两大类,其中高温烧结主要包括热压烧结、无压传热烧结、放电等离子烧结、微波烧结与激光烧结。目前高温烧结存在着烧结温度低时力学性能不足与烧结温度过高时钙磷化合物热分解严重的问题,而搅拌摩擦焊接制备工艺尚不成熟。本文介绍了骨修复用钛合金/HA复合材料的上述制备工艺的工作原理与特点,分析和讨论了各制备工艺对材料的相组成、微观组织形貌、力学性能与生物相容性的影响,阐述了高温烧结机理、烧结过程是否加压等工艺因素是影响材料性能的重要原因的观点,认为对钙磷化合物影响较小的搅拌摩擦焊接和微波烧结这两种制备工艺具有较好的发展潜力,并总结了各制备工艺的优缺点与评价其发展前景,最后提出骨修复用钛合金/HA复合材料制备工艺的三个研究方向。

关键词： 电催化   高灵敏   碳基材料   改性修饰  

摘要： 本文介绍了为解决温室效应、能源危机和环境污染等问题,采用电催化技术的优势及后续发展趋势,简述了电催化技术面临的挑战和构筑碳基复合材料催化剂的潜在解决方案。指出了制备出活性高、稳定性强、廉价易得的催化剂是实现电催化技术在还原二氧化碳、分解水制氢等领域实际应用的关键。分析了以上两种电催化反应的机理,指出碳基材料由于具有良好的导电性、高稳定性以及良好的可塑性的特点,是实现高效催化反应的有利选择。同时,也辩证分析单一碳材料在实际应用的局限性,综述了近年改性和修饰的碳基复合材料催化剂与电催化技术结合的技术进展,为以后的研究提供指导与启发。

关键词： g-C_(3)N_(4)   CuO   电化学   生物质炭   模板诱导   超级电容器  

摘要： 多价铜基氧化物的理论比容量较高,但自身导电性和稳定性差;石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))稳定性好、氮含量高、合成方法简单,但其电容性能不佳;生物质炭具有较大的比表面积、相对较好的导电性和刚性结构。为使各相优势得到充分发挥,并且尽量弥补其缺陷,本文以尿素为g-C_(3)N_(4)前驱体,杏鲍菇为模板诱导合成了具有疏松多孔结构的g-C_(3)N_(4)/C两相复合材料,后使用水热法将CuO均匀负载在g-C_(3)N_(4)/C表面及孔洞内得到CuO-g-C_(3)N_(4)/C三相复合材料。电化学测试结果表明,CuO-g-C_(3)N_(4)/C的最高比电容为262.8 F/g,2000次恒电流充放电循环后的电容保持率为97%,在不同电流密度下仍具有良好的充放电性能,CuO-g-C_(3)N_(4)/C的电容性能和稳定性能较好。这表明CuO和g-C_(3)N_(4)/C的三相复合不仅提高了CuO的导电性,而且使gC_(3)N_(4)的电容性能得到改善,从而使整体材料的储能性能、导电性和稳定性得到提升。

关键词： 木质素   异戊二烯   共聚   天然橡胶   补强   聚合物基复合材料  

摘要： 【目的】木质素是一种中等极性的天然高分子材料,与橡胶基体相容性较差,难以直接作为橡胶工业的补强填料。为降低木质素的极性并改善其与非极性橡胶的相容性,本研究开发了一种新型共聚改性木质素材料。【方法】采用丙烯酰氯对木质素进行酰化改性,并通过自由基共聚反应,将酰化木质素与异戊二烯进行共聚合,在木质素大分子中引入长链烷烃侧基,制备异戊二烯/酰化木质素共聚材料(ALI)。然后,对改性木质素的结构变化进行表征,并分析ALI在橡胶基体中的分散特性以及天然橡胶复合材料的力学性能。【结果】改性木质素材料的羟基含量降低,接触角从66.13°提高到80.16°,这表明其分子极性降低且与橡胶基体的相容性增强。当ALI的添加量为5 g时,复合材料的拉伸强度达到20.61 MPa,与炭黑填充样品相近;断裂伸长率为581.20%,较炭黑填充样品提高了42.40%。这表明改性木质素材料在填料-橡胶网络中分散良好,且橡胶基体得到了有效补强。【结论】本研究成功开发的异戊二烯/酰化木质素共聚材料显著改善了木质素与橡胶基体的相容性,使天然橡胶复合材料表现出优异的强度和韧性,实现了对天然橡胶复合材料的有效补强。

关键词： 托辊   聚丙烯   全天候   长纤维浸渍   阻燃抗静电   冲击强度  

摘要： 针对带式输送机金属托辊自重大、能耗高、不耐腐蚀、冬季易积冰等问题,以及传统高分子材料托辊自身模量低、耐高低温性能差等缺点,首先以超高流动聚丙烯(PP)为基体树脂,对其进行功能化改性,制备阻燃抗静电PP(FRPP),然后通过挤出/长纤维浸渍等工艺开发出阻燃抗静电长玻璃纤维增强PP复合材料(FRPP-LFT),最后通过注塑工艺制备了FRPP-LFT托辊。测试了FRPP和FRPP-LFT的物理力学性能以及阻燃性能,对制备的托辊进行了受力计算和有限元分析,并进行了抗外压性能测试和落锤冲击测试。结果表明,相比于FRPP,FRPP-LFT的比强度和比模量分别提高了2.38倍和3.08倍,-50℃时的缺口冲击强度达到22.55 kJ/m^(2),负荷变形温度高达165.30℃,线膨胀系数显著降低至80×10^(-6)K^(-1),有焰燃烧时间为2.03 s,表面电阻率为1×10^(6)Ω;FRPP-LFT托辊筒体在抗外压性能测试中的载荷达到7000 N,安全系数达到了10.97,挠度仅为0.284‰,低温落锤冲击后托辊形貌保持完整。现场应用情况证明,FRPP-LFT托辊轻量化效果显著且不易积冰,经过季节交替,托辊筒体未出现蠕变和塌腰变形的现象,表明托辊耐高低温性能极佳,可安全适用于户外全天候的场景。

关键词： 材料表面与界面   界面性能   氩气等离子体   芳纶纤维  

摘要： 用氩气等离子体处理芳Ⅲ纤维的表面,将处理前后的芳Ⅲ纤维和环氧树脂制备单丝复合材料。使用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、动态接触角分析(DCAA)、单丝拉伸强度以及微滴脱粘测试等手段对其表征,研究了氩气等离子体处理对纤维表面的元素组成、表面形貌、表面浸润性能、单丝拉伸强度以及复合材料界面强度的影响,并使用Materials Studio(MS)软件计算了纤维的结构解离能。结果表明,等离子体处理5~30 min在纤维表面引入了新的基团(―C―O―、O=C―O、―NH2)、纤维表面的粗糙度由134 nm提高到214 nm、纤维表面的浸润性能由46.14 mJ/m^(2)提高到68.52 mJ/m^(2)、纤维表面形貌出现凹凸不平并随着处理时间的延长呈现周期性变化;随着等离子体处理时间的延长,纤维的单丝拉伸强度缓慢降低,用等离子体处理10 min的芳纶Ⅲ/环氧的界面剪切强度(IFSS)由28.51 MPa提高到38.02 MPa。