金属基复合泡沫材料基体及力学性能研究进展

摘要:金属基复合泡沫(metal matrix syntactic foam,MMSF)是由空心微球和金属基体复合而成的一种新型多孔复合材料。本文总结了近些年有关铝基、镁基和钢基等复合泡沫研究的进展情况,并分类概述了不同基体材料的选择和制备工艺对金属基复合泡沫组织结构和力学性能的影响。结果表明,基体材料是金属基复合泡沫的重要组成部分,并直接影响其结构和性能。铝及其合金具有密度小、强度高、可塑性好等特点,是金属基复合泡沫中应用最广泛的基体材料之一。镁及其合金也有低密度、高强度、延展性好等特点,也是一种重要的金属基体材料。钢基复合泡沫的抗压强度和吸能能力优于大多数铝、镁基复合泡沫,并且在受力过程中表现出较好的变形状态,但是其密度普遍高于铝、镁基复合泡沫材料。以高熵合金作为复合泡沫材料基体是一个新的研究方向,该种材料表现出优异的性能。由于高熵合金内部结构复杂,需对制备出的复合泡沫微观结构及力学性能做进一步研究。除了金属基体材料,填充材料、制备工艺、孔隙率、界面反应、后处理技术等都对金属基复合泡沫的结构和性能有着很大的影响。

SiC增强镁基复合材料的机制及研究进展

摘要:镁基复合材料具有优异的综合性能,如低密度、高比强度和高比模量,被广泛应用于各个行业并对其开展了深度的研究。本文主要综述了增强体SiC对镁基复合材料的强化机制及研究进展,发现SiC能有效地平衡传统镁基复合材料中强度与塑性之间的矛盾关系,对镁基复合材料起到良好的增强效果。通过综述分析,SiC对镁基复合材料的强化方式主要有Orowan强化、细晶强化、热错配强化和载荷转移强化等;同时增强体颗粒的大小及分布情况对镁合金的强化起决定性作用并决定了强化方式,如颗粒增强体的添加量为1%时,对于多数镁合金来说效果最优;如微米和纳米尺度的SiC 更能有效增强镁基复合材料的力学性能。而要获得优异的SiC镁基复合材料,当前最好的方法有熔体浸渗法、粉末冶金法、搅拌法以及高能超声处理法。纳米SiC增强体在镁基复合材料中的应用属于一项前沿的研究课题,通过精心的设计和制备,有望提高镁基复合材料的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能,从而在航空航天、汽车和电子等领域具有广阔的应用前景。

液态金属基可拉伸导电复合材料

摘要:拉伸电子器件因具有优异的机械性能和电学性能,已成为当下信息电子领域的研究热点。作为拉伸电子器件中的高速电子传输通道,可拉伸导电材料在实现拉伸电子器件功能中起着至关重要的作用。液态金属因兼具本征柔性和优异导电性能,近年来逐渐成为拉伸导电复合材料领域的热点研究对象。液态金属是一种常温液态导电材料,由于其固有的高导电性、流动性和延展性,使其表现出优异的可拉伸性和可调性。基于液态金属的可拉伸导电复合材料制备与图案化技术相继被报道,并成功应用于制备兼具优秀机械和电气性能的可拉伸器件。鉴于液态金属基可拉伸复合材料的一般结构特点,制备的关键是如何解决不同材料之间物性差异所导致的界面处非浸润问题。因此,本文从常见的复合材料种类出发,首先简要介绍了常被采用的液态金属的一般组分与物理性质,以及常用的可拉伸聚合物基质材料。然后分别从“被动”和“主动”两种应对界面非浸润问题的解决方式以及共混分散法、新式改性法等综述了液态金属基导电复合材料中液态金属与弹性材料的复合方法。最后对这一领域的最新研究进展做了简单介绍,并对未来液态金属基复合导电材料的研究方向和所面临的问题做了初步探讨。

石墨烯/碳化硅复合材料的制备: 气体不可忽视的作用

摘要:随着半导体工业逐渐接近摩尔指数路线图的终点, 对于新材料探索的必要性使得我们把目光聚焦在不同类型的非传统材料上. 石墨烯拥有无与伦比的物理化学性质, 在传统碳化硅(silicon carbide, SiC)材料表面沉积连续态石墨烯薄膜, 可以赋予其全新的热、力、电等功能. 石墨烯与碳化硅的集成促进了一类新型材料的诞生, 极大拓宽了该类材料在电子器件、航空航天等诸多领域的应用. 石墨烯/碳化硅复合材料的制备一直备受关注, 然而在碳化硅衬底上直接制备高质量、均匀、层数可控的石墨烯仍是需要攻克的难题. 本文聚焦于石墨烯/碳化硅复合材料制备过程中的气相组分, 综述了石墨烯在碳化硅衬底表面生长的前-中-后阶段气体发挥的不同作用, 包括碳化硅衬底刻蚀、改性, 助力石墨烯生长, 石墨烯解耦几个方面, 涵盖了石墨烯/碳化硅复合材料制备过程中的各个关键步骤, 为石墨烯/碳化硅复合材料一体化制备工艺研发提供了全新思路. 本文进一步总结了气体对石墨烯/碳化硅复合材料制备的意义, 展望了其所面临的挑战和未来的发展方向.

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。