CFRP超声加工技术研究进展

文摘:碳纤维复合材料(CFRP)的力学性能呈各向异性且层间连接强度差,常规加工中易出现加工缺陷,严重制约其推广和使用。超声加工技术在常规机械加工的基础上叠加高频超声振动,有效降低切削力和切削温度,抑制CFRP加工缺陷产生,得到较为广泛的应用。本文基于CFRP超声加工技术研究现状,简述超声加工技术的超声振动刀柄、无线传输系统和超声电源的系统组成,从运动学特性、切削力、切屑形成机制等角度分析超声加工的材料去除及缺陷形成机理,探讨CFRP加工过程中分层、毛刺、撕裂等加工损伤成因、检测方法和超声加工的抑制作用,总结超声加工的工艺优势、应用模式及工艺参数对超声加工效果影响规律,并对超声加工技术发展趋势进行展望。

商用航空发动机复合材料风扇叶片应用与制造工艺进展

文摘:为了借鉴和参考国外复合材料风扇叶片的研制与发展经验,深入研究了其在商用航空发动机上的应用进展,详细论述了复合材料风扇叶片经历的从早期探索到成熟应用,再到未来展望的三个发展阶段。通过介绍国外三家航空发动机OEM厂商所采用的三种核心制造技术——即预浸料手工铺放结合热压罐固化成型工艺、3D-WOVEN结构与RTM成型工艺以及预浸料自动铺丝结合热压罐固化成型工艺,并对比分析这三种预制体制造工艺的特点。本文全面展现了复合材料风扇叶片的生产工艺、制造要点及其未来发展方向。事实表明,复合材料风扇叶片已成为现代商用航空发动机的显著特征,并且是先进航空发动机发展的必由之路。因此,国内研制单位应积极吸收国外积累的研制经验,充分利用国家发展提供的良好机遇,深入挖掘并实践更多的材料体系与工艺工程细节,以期早日实现国产复合材料风扇叶片的应用拓展,从而进一步提升我国航空发动机的性能水平。

碳纤维增经强树脂基复合材料特种加工综述

摘要:碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)具有高比强度、高比模量、可设计性强、耐腐蚀耐疲劳等优良特性,在航空航天、交通运输、风电能源及医疗等领域广泛应用。然而,其各向异性、非均质性、层间强度低和温度敏感性增加了加工难度,传统机械加工方法存在刀具磨损严重、加工表面质量及尺寸精度难以控制等问题,易产生分层、毛刺、纤维脱粘和表面空洞等加工缺陷,严重降低碳纤维增强树脂基复合材料构件的服役性能和可靠性。针对上述挑战,特种加工技术逐步受到研究和应用。针对激光束加工、电火花加工、水射流加工和超声振动加工四个最为广泛应用的特种加工技术展开综述,详细介绍各个特种加工技术的优势与存在的挑战,对缺陷形成机理进行分析,并总结缺陷抑制方法,最后归纳各特种加工技术的适用场景并得出结论展望未来研究。综述表明:与传统机械加工相比,特种加工在微细结构、高精度、复杂形状工件加工方面展现出独特优势;但是其材料去除率显著低于传统机械加工,因此在大批量加工中仍难以完全替代传统机械加工。未来研究应着重探索特种加工工艺优化、特种与传统加工的复合工艺、专用化与智能化装备开发等方面,同时关注电子束、离子束等其他特种加工工艺的潜力。特种加工技术将对提升先进复合材料加工的精度与效率有着重要意义,将推动高性能材料朝着更广泛的应用场景迈进。

钛基复合材料的研究进展

摘要:综述钛/钛合金复合材料的最新研究现状与应用前景,阐述其在高比强度、轻量化、耐热稳定性及耐磨性能方面的优势,使之成为航空航天、军事装备和医学等高科技领域的关键材料。概括添加增强相使得钛基复合材料力学性能、耐磨性以及热稳定性方面稳步提升的研究成果,揭示不同加工技术改善复合材料晶粒和性能的进展,指出复合材料在高温、高压环境下稳定性及界面黏结强度方面仍面临挑战,需要通过优化增强体分布、结合方式及新型复合体系来解决。此外,表面纳米化技术与数字化仿真的结合为钛基复合材料性能优化提供新途径,而界面强化和热稳定性研究将成为未来发展的关键。最后,明确钛基复合材料的性能提升与加工技术的创新是实现其在极端环境下广泛应用的核心,亦是推动复合材料性能进一步突破的方向。

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。

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。

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。

超构材料波动功能调控研究进展

摘 要 :超构材料是人工构造的复合结构材料,通过设计基元的结构参数,可以实现丰富的波动调控功能,并可突破传统材料的波动响应极限,在航空航天、轨道交通等民用和国防各领域都具有极大的应用潜力。首先简要介绍了超构材料的基本概念、性质和发展历史,然后从超构材料的禁带减振及其智能设计、低频宽带降噪和能量采集三个方面详细介绍超构材料的基本功能,再从实际应用的多需求出发介绍了轻质-承载-减振降噪和能量采集-减振降噪等类型的多功能一体化超构材料设计原理和性能。最后,总结上述研究进展,并展望超构材料与复合材料、人工智能和非厄米时变系统等的交叉研究,进一步提升超构材料性能和应用能力。

热管理用碳/金属复合材料界面结构优化研究进展

摘要:碳/金属复合材料具有优良的热学性能和可设计性,是极具发展前景的热管理材料。基于碳/金属复合材料常见的界面结合差、界面热阻高问题,本文分别从基体合金化和增强体表面镀覆两个方向综述了碳/金属复合材料界面改性方法的研究进展,分析界面改性对复合材料界面结合的影响。基于理论计算、模拟计算和试验测试,总结了目前的界面热阻分析方法。最后,从界面热阻测试、界面传热机制分析、界面层设计与控制3个方面对碳/金属复合材料的未来研究方向进行了展望。

合成温度对石墨烯/Ca(OH)2纳米复合材料制备及性能的影响

摘要:纳米Ca(OH)2对风化后的大理岩石质文物有良好的加固效果,在较低温度下得到性能优异的纳米颗粒对其成本降低和推广应用有重要意义。本研究通过调节反应温度,引入石墨烯量子点,制备得到了一系列石墨烯/Ca(OH)2 纳米复合材料,并采用TEM、激光粒度仪、Raman、FTIR、UV-Vis、XRD、SEM、分光测色仪、压汞仪、硬度计、超声波测速仪等对材料形貌组成、相对动力学稳定性、碳酸化反应和模拟样品加固性能进行分析研究。结果表明反应温度的适当升高有利于石墨烯与Ca(OH)2 的复合,以及纳米颗粒粒径的减小,在80℃ 下得到的产物相对动力学稳定性、碳酸化速率和加固性能较好;随着温度继续升高,90℃ 及以上所制备的材料转变为球状结晶,而且碳酸化后部分会保持为亚稳态球霰石物相,并未表现出更好的加固性能。