碳纳米管/氧化锌协同增强碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能

摘要:在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2~12.4GHz波段的电磁屏蔽效能达到50 dB,比碳纤维复合材料提高了51.52%。这种材料的优异性能,可归因于氧化锌纳米线的高效介电损耗、连续碳纳米管薄膜的高导电性、层间多组元界面的多重反射和高效吸收损耗。

碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

摘要:碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料在水导激光加工后,切缝表面和横截面存在热损伤,这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题,采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律,研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明:高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度;激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。在2mm厚CFRP切割试验中发现:横截面热影响区宽度与纤维排布方向有关,0°碳纤维热影响区宽度最大,45°和135°碳纤维热影响区宽度次之且宽度相近,90°碳纤维热影响宽度最小;另外,提高水射流速度有利于抑制热影响区的扩展,水射流速度由80m/s提高至120m/s,最大热影响宽度缩小35.7%。

阻燃聚合物复合材料研究进展

摘要:相比传统材料,聚合物复合材料大多具有密度低、比强度高、耐化学腐蚀、热稳定性好和易加工成型等特点,目前在航空航天、电子、建筑、汽车、化工、纺织、消防等领域得到广泛应用,但易燃性严重制约了其在明火或高温环境的安全性和可靠性,因此,降低其易燃性已成为工业应用的强制要求,开发阻燃型聚合物复合材料成为有效途径。近年来,环境友好型高效阻燃剂开发和配方设计,功能型植物纤维、多孔易修饰的金属有机框架化合物以及纳米矿物增强的聚合物复合材料研究均取得长足进步,对提升新型轻质、高强、多功能阻燃复合材料附加值和拓宽其应用领域具有重要影响。本文综述近年来卤系、磷系和镁系等传统阻燃剂,以及硅系、碳系、生物质基、金属有机骨架基和离子液体基等新型阻燃剂开发和功能化现状,归纳聚合物复合材料阻燃改性技术,总结复合材料阻燃机理,展望阻燃聚合物复合材料发展趋势,以期为新颖环保型高性能阻燃材料开发与利用提供参考。

高密度集成电路散热用高导热金刚石/铜复合材料研究进展

摘要:集成电路规模不断增大,体积越来越小,散热问题已成为高密度集成电路进一步发展的关键问题。金刚石/铜复合材料具有优异的高导热性和低膨胀特性,有望在未来解决高热流密度情况下的散热问题。然而,金刚石与铜的界面亲和性差,存在较高的界面热阻,改善金刚石/铜界面亲和性、提高其热导率通常从烧结方法和金刚石与铜的界面调控两方面入手。本文聚焦于新一代高密度集成电路散热用高导热金刚石/铜复合材料,综述了其主要制备工艺和高导热优化工艺等方面的研究进展。进一步分析了其导热性能提升的瓶颈问题。最后,展望了其发展方向与应用优势。将为金刚石/铜复合材料及其相关高导热材料的制备与应用提供指引与参考。

高性能结构吸波陶瓷基复合材料设计与性能表征研究进展

摘要:高性能结构吸波陶瓷基复合材料是实现航空高温部件宽频吸波和高承载一体化的理想候选材料。本文以宏观– 细观– 微观多尺度协同设计为核心研究思路,系统地概述了高性能结构吸波复合材料的基本设计原则。从材料设计的角度出发,综合考虑阻抗匹配和电磁损耗之间的良好平衡,以实现对电磁波的宽频高效吸收。深入梳理微观组分材料(如碳化硅、氮化硅等陶瓷基体,以及碳纳米管、金属氧化物等)对复合材料吸波性能的影响机制,剖析典型宏/细观构型(如层状结构、多孔结构、纤维增强结构等)在调控材料电磁波吸收方面的关键作用。通过建立多尺度结构与性能的关联模型,总结出一系列针对高性能结构吸波陶瓷基复合材料的优化设计方法,涵盖材料成分选择和结构参数优化等多个方面。本文为新一代航空飞行器高温宽频吸波一体化的设计与性能评价提供了重要的理论依据和实践指导,对推动航空航天领域隐身技术与结构材料的协同发展具有重要意义。

超高导电性石墨烯铜复合材料研究进展

摘要:超高导电铜具体是指常温下电导率高于100%IACS的铜基复合材料。在铜基复合材料中增强体的选择会对复合材料的电导率产生重大影响。近年来,随着对碳纳米管和石墨烯的进一步研究,具有良好本征特性的碳纳米材料逐渐成为了当下研究的热门。对于铜基复合材料而言,纳米碳具有作为增强体的巨大潜力,成为主要研究开发的材料,近年来随着科技社会的快速发展,许多新兴领域,如航空航天、精细金属部件、传感器等,对材料的导电性能提出更高的要求,对超高导电铜的需求也日益迫切。综述了超高导电铜的发展现状,包括应用材料体系、增益机制、研究现状以及未来应用前景。

车用复合材料模压注塑一体成型关键技术综述

摘要:热塑性复合材料模压注塑组合工艺兼顾了低成本与高性能,可快速、稳定地实现连续/非连续纤维增强复合材料的一体成型,符合汽车产业需求。本文综述了装备选择、工艺控制和成型模拟要点,介绍了国产材料种类,概括了各向异性双材料结构优化设计方法,归纳了界面及整体性能评估方法,提出了“材料-工艺-结构-性能”一体化设计中的关键科学与技术问题。

航天无内衬复合材料压力容器结构设计与制备

文摘:随着航天领域竞争愈发激烈,国内外加大了压力容器“皇冠上的明珠”无内衬纤维缠绕复合材料压力容器(Ⅴ型COPV)的开发力度,无内衬结构意味着必须实现复合材料层密封屏蔽/结构承载功能一体化设计,在材料性能和结构设计方面面临巨大挑战。本文针对结构设计进行系统性的梳理,综述了Ⅴ型COPV结构设计的研究进展,主要从功能阻隔层、形貌、接口设计及不同分析优化方法进行了阐述,介绍了基于模块化设计理念的新型V型COPV构型,并对未来航天用Ⅴ型COPV结构设计方面的发展进行了展望。

超短脉冲激光加工碳纤维复合材料研究进展

摘要:超短脉冲激光加工作为一种非接触式的特种加工方法,利用高功率密度的聚焦激光束烧蚀碳纤维增强复合材料(CFRP)表面,实现高精密加工,有望解决传统机械加工工艺造成的刀具损坏、残余应力和表面质量差等问题。因此,本文综述了近些年超短脉冲激光加工CFRP的研究进展。首先梳理了超短脉冲激光加工CFRP的加工机理,其中包括了材料去除机理、相互作用过程机理和对激光的吸收与反射机理。其次,着重阐述了热影响区和锥度这两类缺陷,分析了缺陷的形成原因,并提出了相应抑制方法。本文对超短脉冲激光加工CFRP的理论研究具备一定借鉴意义。

自控温复合材料的制备与性能

文摘:为解决航空领域现存在的热控系统质量重、体积大的问题,本文以室温硫化硅橡胶为基体,炭黑(CB)、碳纳米管(CNTs)和镍(Ni)为导电填料,并且添加一系列助剂,采用溶液共混法制备室温硫化硅橡胶基PTC材料,并对其进行阻-温性能测试和自控温性能测试,验证了复合材料的PTC效应及温控能力;并对材料的微观结构进行了分析,提出了交链-膨胀结构理论模型。结果表明,当CB/CNTs/Ni混合填充量为16wt%时,复合材料的室温电阻率较低,为19.95Ω·cm,PTC强度较高,为4.73,并且在经过300次冷热循环后,仍表现出较好的升温能力和控温能力。TG分析可以看出CB/Ni/CNTs的加入提高了硅橡胶的耐热性能;通过SEM分析可以看出,极大长径比的CNTs具有一定抑制CB团聚的作用;通过XRD分析可以得出导电填料在硅橡胶基质中分散较为均匀的结论。基于微观结构的分析,对内部导电网络通道和结构变化进行对比分析,构建了影响PTC效应的因素分析模型,为解决航空领域的热控系统减重问题提供了可行性参考。