高填充高分子复合材料成型加工与结构调控研究进展

摘要:高填充高分子复合材料在电子封装、生物医学等领域具有广阔应用前景. 功能填料的引入能够显著提升高分子材料的导电性、导热性、阻燃性及电磁屏蔽等性能,但高含量填料往往会降低复合材料的力学性能和加工性能. 本文综述了高填充高分子复合材料在热塑性加工与结构调控方面的研究进展,重点讨论了填料堆积密度的调控及其对成型加工的影响、热塑性加工条件下的填料网络设计,以及可逆动态化学键在基体黏度调控中的应用. 同时,阐述了热塑性高分子复合材料成型加工过程中的结构演变及其调控方法,旨在为高填充复合材料的加工工艺优化和性能提升提供理论指导.

智能复合材料的研究进展

摘要:智能复合材料作为一种新型高技术材料,兼具结构与功能双重特性。根据近几年来智能复合材料的研究现状,介绍了几种主要的智能复合材料,形状记忆复合材料、自修复智能复合材料、压电智能复合材料、电/磁流变智能复合材料及纤维素智能复合材料,简述了智能复合材料领域当前研究热点,介绍了该领域中存在的一些问题,展望了智能复合材料的发展前景。

超疏水涂层的制备、性能及应用研究进展

摘要 :随着材料工程和涂料工业的发展,具有耐腐蚀、自清洁、防雾、减阻或抗结冰等性能的超疏水涂层由于能够满足不同应用领域的功能需求,越来越受到研究人员的关注。此外,通过进一步在涂层内部引入隔热、防冰、阻燃、防腐等功能填料可赋予其多功能性,极大地拓宽了超疏水涂层的应用领域。本文首先对超疏水涂层的原理进行了梳理;进一步阐述了超疏水涂层的经典润湿理论,包括杨氏模型、Wenzel 模型和Cassie-Baxter 模型;随后分析了超疏水涂层不同制备方法的特点,并对各方法的优缺点进行了对比;最后通过介绍掺杂功能填料的多功能超疏水涂层研究进展,指出超疏水涂层存在的主要问题,并对其发展方向进行了展望。

网格互穿结构金属-多相复合材料研究综述及其工程减震应用

摘要:网格互穿结构金属-多相复合材料不仅保留了各组成相的材料特性,还通过互穿结构实现了性能的协同提升。通过内部各相的摩擦和粘弹性效应,网格互穿结构金属-多相复合材料在循环载荷作用下可有效地耗散能量,表现出优异的阻尼性能,在工程减震领域具有广阔的应用前景。本文综述了现有的3 种网格互穿结构金属-多相复合材料的研究进展,包括陶瓷/金属、金属/金属和高分子聚合物/金属复合材料,在此基础上对其制备工艺(熔体渗流法、金属取代法) 和主要性能(压缩和吸能性能、阻尼性能和吸声减噪性能) 进行了阐述。并以高分子聚合物/金属材料为例,介绍了网格互穿结构金属-多相复合材料在工程减震中的应用,对其存在问题以及未来研究趋势进行了分析展望。

原位聚合热塑性复合材料及其成型工艺研究

摘要:热塑性树脂分子量大,熔体黏度高,采用热熔方法制备复合材料存在树脂流动性差、微观尺度上易形成复合缺陷的问题。采用原位聚合方法制备热塑性复合材料,不仅可以避免上述问题,还能够沿用热固性复合材料的成型方法,进而实现热塑性复合材料的高效率、低成本制造,因此原位聚合热塑性复合材料在复合材料应用领域具有广阔的应用前景。围绕几种原位聚合热塑性树脂,本文阐述了其复合材料性能及成型工艺的研究现状,并针对目前存在的问题,提出了4 个研究方向:改性工艺与成型工艺的耦合、聚合环境洁净度和聚合反应对杂质的敏感性的控制、聚合反应放热温度的控制、液体成型树脂适用期的调控。

碳纤维增强陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工技术的研究进展

摘要:碳纤维增强陶瓷基复合材料(Cf/SiC 复合材料)具有良好的化学和热稳定性、高比强度、耐高温以及低密度等优点,被广泛应用于航空航天、高速列车以及核能等领域。目前陶瓷基复合材料构件普遍采用近净成形技术制备,但仍需进行二次加工以满足最终装配的尺寸精度和几何公差。然而,由于Cf/SiC 复合材料具有各向异性和多相非均质的材料特性,其高效低损伤加工需求备受关注。因此,系统地综述了文献报道的Cf/SiC 复合材料超声振动辅助铣削加工技术相关研究进展。首先概述了陶瓷基复合材料传统机械加工以及特种能场辅助加工技术的研究现状。其次,从陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工过程中直角切削试验和有限元仿真两方面总结了材料去除机理和超声作用机制;介绍了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削中切削力建模的方法和陶瓷基复合材料加工表面损伤及其剩余强度方面的研究。最后,分析了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工的发展趋势以及展望未来研究方向。

高导热金刚石/铜复合材料研究进展

摘要:随着电子器件不断向小型化、集成化及高功率密度方向快速发展,高效散热成为确保设备稳定运行的关键。金刚石因其超高热导率,与高导热金属铜复合有望制备出高导热、低热膨胀系数的先进热管理材料。然而,两相界面的声学性能失配与低界面相容性阻碍了界面间热载流子传输,使得实际制备的金刚石/铜复合材料的热导率远低于理论值。为解决上述问题,研究者围绕理论模型构建、界面结构调控以及微观结构优化等方面展开了系统研究。在理论建模方面,Hasselman-Johnson(H-J)模型、声学失配模型、散射失配模型以及微分等效介质模型分别从不同角度对界面热阻进行了理论表征,但这些模型普遍基于理想界面假设,难以适用于实际复杂结构。在界面改性方面,铜基体合金化与金刚石表面金属化成为当前主流界面改性策略,显著提升了金刚石/铜复合材料的界面结合强度与热传输效率。在结构设计方面,合金元素含量、金刚石晶体取向以及中间层材料的种类与厚度等参数的协同调控是提升复合材料导热性能的关键。基于上述分析,从理论模型构建、中间层组成优化以及厚度控制精度3 个方面提出改进策略,并进一步提出一种体现组分匹配、界面结构与工艺参数协同调控的理想微观结构,旨在为金刚石/铜复合材料工程化应用提供结构设计指导与理论参考。

不同纳米碳材料增强镁基复合材料的显微组织与力学性能

摘 要:以AZ91 合金为基体,采用液态分散技术+粉末冶金工艺+热处理工艺制备了四种纳米碳材料(碳纳米管、包覆氧化镁碳纳米管、石墨烯纳米片和氧化石墨烯)增强的镁基复合材料;测试了复合材料的力学性能,并利用光学显微镜、X 射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对复合材料微观组织、界面结构和断口形貌进行了表征及分析。结果表明:制备的四种复合材料料中,氧化石墨烯增强的镁基复合材料屈服强度和伸长率最好,分别为(312±4.5) MPa 和11.3%±0.2%,比AZ91 基体分别提高了85.7%和61.4%,表明四种纳米碳材料增强体中,氧化石墨烯更有益于提高镁合金的力学性能,有利于制备高性能镁基复合材料。

镁基复合材料增材制造技术研究进展

摘要:镁基复合材料通过基体与增强体的协同配合,克服了传统镁合金绝对强度和刚度较低、承载能力较差的难题,而增材制造技术的强成形能力、高制备精度、短制备周期为定制复杂结构且组织均匀的镁基复合材料提供可能。因此,本文从镁基复合材料的组成出发,简单介绍传统制备方式后,归纳梳理了镁基复合材料增材制造技术的研究进展,总结不同制造过程中工艺参数对成形件组织和性能的影响规律,最后在分析所存在的问题和挑战的基础上,对镁基复合材料增材制造技术未来的研究方向进行聚焦和展望。

碳纤维增强树脂基复合材料及其拉索抗低速冲击性能综述

摘要:碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer composite,CFRP) 拉索具有轻质高强特性和优异的耐腐蚀疲劳性能,可替代钢拉索应用于桥梁结构中以应对桥梁更大跨度、更恶劣服役环境的需求。然而,CFRP 拉索较差的抗低速冲击性能导致其在服役期间面临车辆、落石等撞击的威胁。为全面了解CFRP的抗冲击性能,促进CFRP拉索在工程结构中的应用,本文对CFRP 及其拉索的基础动态力学性能、冲击响应及损伤失效研究现状进行了总结。现有研究表明:CFRP具有应变率敏感性,但CFRP的应变率效应尚不明确,需建立包含全应变率范围的力学性能数据库;CFRP层合板抗冲击性能研究较为全面,然而截面形式差异、较大的长细比、轴向应力耦合等因素导致CFRP层合板的研究结论不能完全适用于CFRP拉索;现有研究停留在冲击能量、锚固长度及温度对小吨位CFRP拉索抗冲击性能的影响,缺乏对大吨位CFRP拉索抗冲击性能及损伤失效机制的研究;CFRP拉索在车辆撞击下破断时的峰值索力远低于其轴向拉伸破断力,应对拉索进行严格的防撞设计。