连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展

摘要:连续SiC纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点,在航空航天领域具有重要的应用前景。本文总结了SiCf/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术,并提出了SiCf/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。SiCf/Ti复合材料单向性能优异,在环类转动件(叶环、涡轮盘等)、杆件(涡轮轴、连杆、紧固件等)以及板类构件(飞机蒙皮等)具有明显应用优势。常用的SiCf/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法,箔压法适合制备板类结构件,基体涂层法适用于缠绕形式的结构件,如环、盘以及杆等。SiCf/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性,通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。钛合金基体可通过物理气相沉积的方法涂敷到纤维表面,制备出钛合金先驱丝,这是后续制备出高质量构件的关键。界面微观结构、热稳定性、力学性能与纤维表面的涂层密切相关,因此涂层种类和结构调控是SiCf/Ti复合材料的界面性能调控的重要手段。SiCf/Ti复合材料的应用促进了无损检测技术的发展,由此研究者开展了超声检测、X射线检测和声发射等在复合材料检测上的基础研究。为了实现SiCf/Ti复合材料的广泛应用,未来还需要在复合材料结构设计、低成本制造、失效分析与寿命预测等方面开展进一步的研究工作。

航空热塑性复合材料焊接技术研究及应用进展

摘要:随着航空工业对轻量化、绿色化制造需求的提升,热塑性复合材料凭借高强度、可回收性及高效成型的特性,逐渐成为替代传统金属材料的主要选择。焊接技术作为热塑性复合材料构件一体化装配的核心手段,相较于机械连接与胶接,具有减少纤维损伤、提升结构完整性等显著优势,因此受到了业界关注。本文系统综述了热塑性复合材料焊接技术的研究进展,以及在航空领域的应用现状,重点分析了激光焊接、电阻焊接、感应焊接、超声波焊接和传导焊接5 类技术的工艺原理、研究进展及在航空领域的应用实例,最后展望了热塑性复合材料焊接技术的未来发展和研究重点。

石墨烯基吸波复合材料研究进展

摘要: 电子信息技术的迅速发展,致使电磁污染及干扰问题愈加严重,研制具有“宽、薄、轻、强”综合优异性能的吸波材料显得尤为重要。石墨烯材料因其具有轻质、高导电、大比表面积、强介电损耗等优点,但其阻抗匹配性能较差,损耗机制单一。对其进行异质元素掺杂或进行形貌结构设计,可有效改善其阻抗失配问题。本文基于电磁波吸收理论,阐述了不同维度石墨烯基吸波复合材料的研究进展,详细讨论了不同石墨烯基吸波复合材料的性能和吸波机理。还讨论了石墨烯吸波材料领域目前研究工作中存在的一些不足,最后针对石墨烯基吸波材料未来的研究方向和发展前景进行了展望。

航天先进复合材料研究进展

摘要 :先进复合材料是各类航天飞行器热防护和结构系统的关键材料,决定了飞行器的先进性与可靠性。 本文介绍最近几年国内外在陶瓷基热结构、超高温低烧蚀防热、树脂基轻质烧蚀防热、高性能热透波、高温 高效隔热及结构复合材料等领域的代表性研究工作,并结合航天飞行器发展需求,对未来航天先进复合材料 发展方向进行了探讨。

石墨烯/聚氨酯复合材料研究进展及在衬层中的应用展望

摘要:综述了石墨烯/ 聚氨酯复合材料的研究进展,指出石墨烯因其在聚氨酯中表现出增强增韧、协同阻燃和阻隔等效应,从而在提高聚氨酯的力学性能、阻燃性能和抗渗透性能等方面获得广泛关注,并对石墨烯在提高衬层的力学性能、阻燃性能和抗迁移性能等方面的应用进行了展望。

复合材料拉挤型材及其结构在工程应用中的关键问题

摘要:讨论了影响复合材料拉挤型材及其结构工程应用的关键问题,包括材料力学性能、结构性能与设计、环境耐久性能和经济性评价4 个方面。首先,拉挤型材力学性能直接影响拉挤型材结构的核心竞争力;第二,拉挤型材结构件稳定性设计偏于保守,结构变形受低等级材料影响,且节点连接方法受材料剪切强度影响较大,高强度材料或可纳入标准体系;第三,拉挤型材环境耐久性能与力学性能存在一定关联,现行耐久性设计方法缺少对纤维和树脂成分变化的考虑;最后,拉挤型材结构经济性评价的关键在于结构自重,而在刚度控制下材料纵向弹性模量是控制结构自重的关键。基于以上问题,对拉挤型材及其结构未来发展提出4 点建议,包括完善标准体系、提高材料性能、更新设计方法、拓展应用领域。

生物质复合材料吸附水中重金属离子的研究进展

摘要: 随着现代工业的发展,重金属水污染已成为最重要的环境问题之一,重金属离子毒性强、难降解,在很大程度上对人类、水生动物和植物有害,破坏生态系统。吸附法低成本、去除效率高、可循环利用等优点使其成为废水处理的重要方法之一。生物质材料资源丰富、成本低、绿色环保,以其为新型吸附剂原料被广泛研究。基于此,该文以金属有机骨架、沸石、生物炭类为例,首先综述了生物质复合材料的制备及改性方法,总结了吸附剂的性能对金属离子吸附的影响,其次阐述其与金属离子之间的吸附机理,最后对生物质复合材料在水污染治理发展方面提出展望。

高强度耐磨钢/结构钢轧制复合行为研究进展

摘要: 介绍了国内外高强度耐磨钢的生产研究现状,探讨了高强度耐磨钢研究及生产中存在的局限性。同时,总结了控轧控冷工艺、微合金化、热处理工艺在高强度耐磨钢相关性能调控方式中的研究进展。结合各种双金属结合机理,分析了影响耐磨钢/结构钢复合板在复合轧制过程中结合质量的工艺因素。最后,通过介绍有限元模拟技术在耐磨钢/结构钢复合板制备中的应用现状以及耐磨钢/结构钢复合板的实验研究现状,旨在为后续高强度耐磨钢以及耐磨钢/结构钢复合板的理论研究及工业应用提供一定参考依据。

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。