面向2035年复合材料构件精确制造发展战略研究

摘要:先进复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性好等优点,广泛应用于航空航天、轨道交通等领域的装备制造,是工业发达国家战略必争资源;保障和提升先进复合材料的供给能力,突破大型复杂复合材料构件的设计成形、加工装配、检测修复等精确制造技术,对支撑制造强国建设具有重要价值。本文总结了国内外复合材料构件精确制造技术的发展现状及趋势,从高精密数控缠绕、复合材料自动铺放、复合材料预制体成形、纤维复合材料增材制造、高性能碳纤维生产等方面梳理了复合材料构件精确制造的关键技术与装备;结合基本态势研判了制约复合材料制造技术水平提升的“卡脖子”环节,提出了我国复合材料构件制造技术与装备的发展思路与分阶段发展目标。研究建议,组织建设国家级创新机构,设立国家重大专项支持,加强学科建设和人才培养,加强国际技术交流与合作,着力推动重大科学创新和关键技术突破,为国家重大工程和装备应用提供高质量科技支撑。

金属/陶瓷互穿网络结构复合材料:制备方法、结构特征与性能特点

摘要:金属/陶瓷互穿网络结构复合材料是一种具有特殊增强相结构的金属基复合材料,其增强相与基体相均呈现连续网络状三维结构。凭借其优异性能,金属/陶瓷互穿网络结构复合材料在电子封装、交通工具及武器装甲等领域展现出巨大应用潜力。本文梳理了金属/陶瓷互穿网络结构复合材料的制备方法,包括增强相多孔预制体制备方法如固相烧结法、有机泡沫浸渍法、生物模板法、添加剂法、溶胶−凝胶法、冷冻干燥法及3D打印法等,以及复合方法如无压浸渗法、挤压铸造法及真空压力浸渗法等。分析了金属/陶瓷互穿网络结构复合材料的力学性能、耐磨性能、热学性能特点以及相关机理。最后展望了金属/陶瓷互穿网络结构复合材料的发展前景及未来研究方向。

MAX相增强金属基复合材料的研究进展

摘要:新型三元层状化合物MAX相因特殊的晶体结构而兼具金属和陶瓷的优良性能,是制备金属基复合材料的理想增强体。采用粉末冶金、浸渗法、机械搅拌铸造等方法制备了MAX相增强金属基复合材料,并深入研究了材料的成分、界面反应、制备工艺对其抗电弧侵蚀、摩擦磨损、阻尼等性能的影响。研究表明其在电接触、核反应堆、微波吸收和机械轴承等领域展现了广阔的应用前景。本文介绍了MAX相的性能和应用以及MAX相增强金属基复合材料的制备方法,并就MAX相增强金属基复合材料的微观组织和性能进行了综述,最后对其未来的研究方向进行了展望和总结。

高效热管理用鳞片石墨/铝复合材料的研究进展

摘要:鳞片石墨由于其较高的石墨化度、高结晶度和纯度,具有很高的平面热导率而成为制备定向高导热复合材料的重要原料。其与铝基体复合制备的鳞片石墨/铝复合材料具有优异的热综合性能,更是在电子通讯和航空航天领域有更显著的应用优势。介绍了近年来鳞片石墨/铝复合材料的主流制备技术及其导热性能,从碳-铝两相润湿性、界面反应出发,分析了鳞片石墨表面改性的方法及其对复合材料界面微结构和导热性能的影响规律。最后展望了今后鳞片石墨/铝复合材料的研究方向及发展趋势。

金刚石/Al复合散热材料界面调控及热导率研究进展

摘要:金刚石/Al 复合材料兼具低密度、高热导率和热膨胀系数可调等优点,近年来成为新一代热管理材料的研究热点之一。但是,复合材料制备过程中金刚石和Al 界面产物Al4C3 会严重影响复合材料的性能,增大金刚石-Al 界面热阻,并且其易水解的特性容易在使用过程中造成复合材料失效。本文从界面Al4C3 相的负面作用入手,详细介绍了目前抑制界面Al4C3 相的主要方法(包括界面调控、金刚石表面化学改性、金刚石表面改性涂层和基体合金化等) 对复合材料界面和热导率的影响,最后对未来金刚石/Al 复合散热材料的发展方向进行了展望。

高性能热塑性树脂基复合材料的诱导结晶行为研究

摘要:在热塑性树脂基复合材料中,优化界面性能对于提升复合材料的整体性能表现具有非常重要的作用。当碳纤维(CF) 作为增强体与半结晶型的高性能热塑性树脂基体,如聚醚醚酮(PEEK)、聚芳醚酮(PAEK) 或聚苯硫醚(PPS) 等复合时,纤维与树脂界面上发生的诱导结晶现象,会对复合材料的界面性能产生显著影响。本文以高性能热塑性树脂基复合材料研究中诱导结晶问题为切入点,综述了该领域的研究进展。本文涵盖了从诱导结晶样品的制备方法到其最终性能变化的全过程,并分析了诱导结晶的类型及其影响因素,同时描述了高性能热塑性树脂中几种典型的横晶(TC) 形态。此外,本文还着重探讨了TC 结构对高性能热塑性树脂基复合材料界面性能的具体影响,并提出了当前该领域仍然存在的问题和面临的挑战。

柔性纺织基电磁屏蔽复合材料的研究进展

摘要:电子通讯的飞速发展与高频应用带来极大便利,但同时也导致电磁污染问题越发严重,因此开发电磁干扰屏蔽材料至关重要。在屏蔽材料日渐追求“薄、轻、宽、强”的今天,柔性电磁屏蔽材料以其轻质、柔韧及良好的加工性呈现出极大应用前景。目前从不同尺度对于柔性电磁屏蔽复合材料的系统性研究综述较少,因此本文首先从微观角度论述了几种常见基底复合纳米材料,发现大多研究是从多结构设计及构建多相材料复合体系角度提高电磁屏蔽效能,在此基础上进一步拓宽至宏观纺织基复合材料中,分析了不同形态复合纺织品在加工过程中的优化方法,主要有材料复合、结构设计及改性处理等。最后对相关研究工作进行总结及展望。本文可为柔性电磁屏蔽复合材料研究提供理论参考,为功能纺织品研发提供借鉴思路。

光热相变储能复合材料的制备及应用研究进展

摘要:光热相变储能复合材料具有光热转化效率高、潜热储能大等优势,可通过太阳能的吸收、转化和存储,缓解能源供需失衡的矛盾,是目前研究的热点之一。为进一步促进光热相变储能复合材料的研究和发展,本文以光热转化材料为切入点,系统介绍了碳基、金属基纳米粒子和半导体光热转化材料的机制及其制备方法,并总结了不同复合策略所制备光热相变储能材料的光热转化及储能效果。最后,简单论述了光热相变储能复合材料在节能建筑、智能调温织物等方面的应用,以期为研究人员提供借鉴和参考。

聚合物基电磁屏蔽复合材料的异质结构构建策略研究进展

摘要:随着5G 网络的兴起,电磁辐射和干扰问题日益凸显,因此开发有效的电磁屏蔽材料尤为迫切。相较于传统金属基电磁屏蔽材料的高成本、高密度、难加工、易腐蚀等诸多限制,聚合物基电磁屏蔽复合材料具有低密度、耐腐蚀、易加工等优异的特性而备受关注。构建隔离结构、多孔结构、分层结构等异质结构,能够诱导导电填料的取向分布,使聚合物基电磁屏蔽复合材料在低填料含量下,获得高效的导电网络和优异的导电性能,从而提高其屏蔽性能。据此,本文综述了目前具有异质结构的聚合物基电磁屏蔽复合材料的研究进展,重点介绍了异质结构构建策略、制备技术及其对电磁屏蔽性能的影响,最后对具有异质结构的聚合物基电磁屏蔽复合材料的未来发展提出了展望。本研究对提升聚合物基电磁屏蔽复合材料性能及其在通信、智能穿戴、航空航天等领域应用的开拓都具备指导意义。

碳纳米管/石墨烯杂化碳纤维织物复合材料的力学、导电和雷击性能

摘要:采用涂覆法制备了碳纳米管(CNT)改性和CNT与多层石墨烯(MLG)共改性的织物及其复合材料。力学性能研究表明,织物CNT杂化对复合材料的力学性能影响较小,而织物CNT/MLG 共杂化后复合材料层间剪切强度下降了41.6%。导电性研究表明,CNT杂化和CNT/MLG 共杂化的织物导电性分别提高了7.78% 和10.2%,相应的复合材料厚度向电导率(σz)分别提高了472% 和124%,达到0.79 S/cm 和0.31 S/cm,面内电导率分别提高43.2% 和17.8%。2A区雷击损伤研究表明,CNT 杂化织物复合材料分层损伤面积和损伤深度分别为240 mm2和0.343 mm,相比对比样降低了62.3% 和35%。CNT/MLG 共杂化织物复合材料的分层损伤面积扩大了79.3%,但损伤深度降低了42.2%。作为对比,调降σz 至0.011 S/cm 的对比样分层损伤面积大幅扩大到30.5 倍,损伤深度提高了150%。机制分析表明,这类复合材料σz的提高同时降低了分层损伤面积和损伤深度,而织物层导电性的提高降低了损伤深度,但扩大了浅表层的分层损伤面积。