连续纤维增强金属基复合材料成形策略及发展趋势

摘要:连续纤维增强金属基复合材料作为高性能结构-功能一体化材料的代表,其制备技术创新与工程应用拓展始终是材料领域的核心议题。本工作主要围绕连续纤维增强金属基复合材料成形工艺进行综述,系统梳理了成形纤维金属基复合材料的传统成形技术的优劣与适用性。针对传统工艺瓶颈,探讨了3D 打印技术、纤维金属预浸料制备技术等新型复合材料的高质量一体化成形方式,讨论其在成形纤维增强金属基复合材料结构件的可行性和应用趋势,以期为高质量金属基复合材料制备工艺的发展方向及工程化应用提供参考。

复合相变储热材料中多孔骨架研究进展

摘要: 随着能源需求的持续增长, 相变储热材料(phase change materials, PCMs)成为储能领域的研究热点, 但传统PCMs 存在热导率低、易泄漏等问题。多孔复合相变储热材料(composite PCMs, CPCMs)通过多孔基质与PCMs 结合, 有效解决了上述难题。简单介绍了CPCMs 中的多孔材料对PCMs 的吸附原理; 详细介绍了CPCMs 中碳基、多孔氧化物、金属泡沫及金属-有机骨架、高分子聚合物等多孔材料的分类、性能特点; 深入探讨了模板法、自组装法、3D 打印法、静电纺丝法等孔道设计技术与工艺的原理、优势及局限性。最后分析了多孔基CPCMs 在多孔基质低成本制备、环境友好性提升、热导率与储热量平衡优化及极端环境长期稳定性等方面面临的挑战, 并对未来发展方向进行了展望, 以期为推动多孔基CPCMs 的进一步研究与应用提供参考。

金属陶瓷复合材料界面研究及应用进展

摘要:本文对金属陶瓷复合材枓制备、复合材料界面润湿性的研究及应用领域进行了综 述。重点讨论了熔渗法制备金属陶瓷复合材料的工艺方法,并对提高金属/陶瓷界面润湿性各种试验及原理进行了详细探讨,简要介绍了金属陶瓷复合材料的一些性能及用途。最后,本文还讨论了金属陶瓷复合材料存在的一些问题和今后的发展前景及研究方向。

结构热防护一体化复合材料研究进展

摘要:超高声速飞行器飞行速度快、飞行时间久的需求对结构及热防护体系提出了更苛刻的挑战,结构防隔热一体化设计能够兼顾承载和热防护双重功能,充分发挥材料高温强度潜力,减少各部件由温差引起的热应力,减轻结构质量和热防护的质量,增加机动性和有效承载能力,具有比传统热防护更高的结构效率,同时实现可重复使用,降低成本。本文综述国内外一体化热防护技术研究现状,介绍各个典型技术方案的结构特征和热防护材料,在此基础上,总结一体化热防护发展的特点和不足,探讨一体化热防护的发展趋势。国内目前仍处于研发起步阶段,拓宽对结构防隔热一体化的技术认知,积极发展结构材料与热防护材料低成本共固化技术,同时不断开发和引入新的热防护材料,加强对主动冷却结构热防护一体化技术的研发力度,是国内结构热防护技术能够快速应用的可行之路。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

摘要:随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

典型结构功能一体化复合材料的设计与制备技术

摘要:在碳纤维增强树脂基复合材料轻量化与结构性能持续提高的前提下,同时附加其特定的功能,尤其是在不损失、甚至提升其层间断裂韧性的情况下,不仅可以弥补结构复合材料天然的缺陷,例如树脂基体的电绝缘性,也可以使其满足特定产品的要求,例如高刚度兼具一定的吸声降噪特性等。显然,对于航空航天这样的尖端应用领域,这种功能附加或结构功能一体化的复合材料技术对航空航天技术的未来发展至关重要。本文介绍了4种具有典型性的结构功能一体化复合材料的设计、制备与性能研究,分别是基于层间功能化插层和基于内织导电纬纱的导电增韧一体化复合材料及多级孔碳化棉纤维填充蜂窝/微穿孔面板的夹芯复合材料结构和编织布/无纺纤维毡复合材料片材折叠成型的结构吸声一体化复合材料。前两种材料分别通过在复合材料富树脂的层间插入导电功能化插层和在复合材料内引入贯通整个材料的导电纬纱网络实现了复合材料的导电性能与层间韧性的同步提高,而后两种材料则分别通过多级孔结构的碳化棉纤维材料填充蜂窝/微穿孔面板夹芯技术和编织布/无纺纤维毡复合材料片材的折叠技术实现了良好的吸声性能等,以展示多尺度、多层次结构设计和制备技术在结构复合材料功能化集成和结构功能一体化方面的应用。

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。

纤维增强陶瓷基复合材料的加工研究进展与发展趋势

摘要:纤维增强陶瓷基复合材料具有高比模量、高比强度、低热膨胀系数、耐高温、耐腐蚀和耐磨损等许多优良的力学性能。这些优良的特性使其在航天航空等领域的应用日益增加。但纤维增强陶瓷基复合材料具有非均质性、各向异性、硬度高和脆性大的特点,是一种典型的难加工材料。因此,有必要对纤维增强陶瓷基复合材料的加工机理进行深入的研究。本文系统介绍纤维增强陶瓷基复合材料的传统加工和非传统加工研究现状,并对各种加工工艺方法的发展趋势、优缺点、适用范围、存在问题及相应解决方法进行总结和概括。和传统加工方法相比,非传统加工方法具有比较明显的优势,是当前发展的主要方向。

铜带复合对超导倾斜堆叠结构的电磁特性优化研究

摘要:REBCO堆叠结构是超导体应用实现的关键中间载体。然而随着REBCO堆叠结构中带材数量的增加,将产生较大的应力限制堆叠带材的数量。倾斜堆叠结构(CSS)在一定程度上可以平衡堆叠弯曲半径和堆叠数量。允许堆叠的数量增加后,可加入金属带材复合来实现CSS的结构优化。由于CSS电流的分布有着不均匀的特性,固定根数的铜带复合在CSS不同位置对临界电流的影响可能不同。首先,本文基于实验方法和仿真方法,对铜带复合在CSS不同部分的电磁特性展开研究。随后,基于响应面分析法量化了不同复合结构的具体效果。最后通过分析复CSS和普通堆叠的临界电流差异和交流损耗差异,来验证铜带复合CSS的电磁性能优势。

陶瓷增强石墨复合材料研究进展

摘要:石墨具有高导热、耐高温、耐热冲击和抗辐照等优异性能,可广泛应用于航空航天、电力电子和能源化工等领域。然而石墨较低的力学性能、较差的抗氧化性能、垂直石墨片层方向的高热膨胀和难以与其他材料相连接等问题限制了其进一步应用。采用高强度、抗氧化、低热膨 胀系数的陶瓷作为增强相与石墨基体相复合,制备出陶瓷/石墨复合材料,有望解决上述问题。然而大量研究表明,陶瓷与石墨的微观结构复合方式对于改善石墨基体的性能至关重要。本文从陶瓷/石墨复合材料的微观结构设计制备及性能研究方面,综述了近年来不同种类的弥散陶瓷 增强和连续陶瓷增强的石墨复合材料的结构特点、制备工艺、综合性能和应用现状,并展望了未来陶瓷增强石墨复合材料的发展方向。