航空级碳纤维增强树脂基复合材料的胶接研究进展

摘要 :结构轻量化对于航空领域至关重要,基于轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料的表面处理及胶接技术需求日益增长,本文系统回顾了航空级碳纤维增强树脂基复合材料的胶接相关研究进展,介绍了现有的胶接理论、胶粘剂与仿生粘附理论、常见的复合材料表面处理技术及表界面性能和胶接性能表征方法。重点对比了模压成型与热压罐成型、热塑性复合材料与热固性复合材料、同种材料胶接与异质胶接等对最终胶接性能的影响机制。结果表明:复合材料成型工艺影响制得复合材料表面情况,应选择与表面情况匹配的胶接前表面处理方法;对于新兴的热塑性复合材料,由于材料自身的高韧性和表面化学惰性,较传统的热固性复合材料需要更高能量的表面活化处理;对于异质胶接,不可忽视胶层两侧待胶接材料的表面性质差异对胶接的影响。目前,复合材料胶接相关技术正朝着多样化、规模化、自动化的方向发展,未来有望形成轻量化航空构件胶接成型技术体系,在航空制造业发挥更大的作用。

增材制造钛基复合材料体系与组织结构设计

摘要:增材制造技术作为一种样件快速成型制备技术,为基于成分调控与结构设计的高性能钛基复合材料的开发带来了机遇。本文介绍了增材制造钛基复合材料研究与应用的最新进展,分析了能量密度、打印路径及冷速控制等对材料显微组织与力学性能的影响。在此基础上,介绍了以陶瓷、金属间化合物及稀土元素为主的增材制造钛基复合材料成分调控策略。其中,以TiB、TiC 为代表的陶瓷增强相及Ti-Cu 体系的金属间化合物为目前钛基复合材料中广泛使用的增强体;以La、Ce 和Nd 为主的稀土元素则可有效解决氧偏聚问题并显著细化晶粒。进而以网状结构和层状结构为例介绍了增材制造钛基复合材料结构设计研究进展。其中,网状结构多通过Ti 与B 和C 元素的原位反应生成增强相,并通过控制凝固过程实现对增强相非均匀分布的调控;层状结构则多通过交替打印多种粉体获得。网状、层状结构设计对钛基复合材料强韧化有着积极的作用。本文最后通过对研究现状和未来研究趋势的简要分析与展望,为增材制造高性能钛基复合材料的设计与制备提供一定参考。

CFRP超声振动铣削辅助装备及智能加工研究进展

摘要:CFRP 以其轻质高强和易于近净成形等优势广泛应用于航空航天、轨道交通和清洁能源装备领域的各类结构件中。然而,由于CFRP 具有非均质和各向异性的材料特征,使其高质高效加工备受关注。因此,系统总结了CFRP 超声振动铣削辅助装备及智能加工研究进展,概述了超声振动铣削辅助装备种类及其性能,进而对超声振动铣削辅助装备的设计、制造和CFRP 性能测试开展详细论述,介绍了不同应用场景超声换能器的设计与仿真原理,分析了超声作用对CFRP 的作用效果;同时探讨了超声维数、振幅、工艺参数和纤维方向角对铣削力、温度、刀具磨损和表面质量的影响机制;结合新型传感器在工业上的应用,总结了超声振动辅助加工向新时代智能自适应超声铣削的转变,提出自适应调控振幅的技术变革;最后,对CFRP 超声振动铣削辅助装备及智能加工研究进行总结和展望。

激光增材制造高温合金复合材料研究进展

摘要:对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳,综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、治金过程以及强化机制,并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析。在此基础上,分析了增材制造高温合金复合材料研究现状及进展,并且对高温合金复合材料新增强相设计、增强相添加方式及其对蠕变、疲劳性能的影响机制等的研究进行了展望。希望对增材制造高温合金复合材料的研究和发展提供参考。

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。

先进复合材料在高端和一般产业领域的最新发展

摘要:先进复合材料(ACM)的快速成型技术以及碳纤维增强热塑性树脂(CFRTP)界面的纳米水平控制技术和碳纤维表面处理技术的同步发展,使ACM在汽车结构材料、风电叶片、飞机及其他产业领域的应用,呈现快速发展的趋势,而且增强纤维的选用也呈现多样化的趋势。此外,政策的导向和各国节能减排法规的强化,都助推了ACM在这些相关产业领域的应用和发展。

连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料低成本制备工艺研究进展

摘要:连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,已被广泛应用于航空航天、国防军工和新兴民用等领域,但连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺大多存在成本较高、周期过长等问题,限制其应用和推广,发展低成本制备工艺是推动连续纤维增强陶瓷基复合材料广泛应用的关键。本文简要介绍了连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺现状,总结了反应熔渗、纳米浆料浸渗瞬时共晶、浆料浸渗结合热压等低成本工艺的研究现状,围绕制备工艺优化、复合材料微观结构和性能等方面进行综述,提出了低成本制备工艺的未来研究方向,如熔盐法制备超高温陶瓷界面和反应诱导相分离制备具有孔隙结构均匀的多孔基体,可显著提升连续纤维增强陶瓷基复合材料的综合性能。

碳纤维/聚合物复合材料热导率近十年研究进展

摘要 :本文综述了过去十年间在提升碳纤维增强聚合物(CFRP) 复合材料热导性能方面取得的进展。具体从聚合物复合材料的导热原理入手,重点分析了碳纤维(CFs) 自身对CFRP 复合材料热导率的影响,包括含量、长度、取向等。此外,综述了提升CFRP 复合材料热导率的4 种方法,包括CFs 表面改性、CFs 定向处理、加入导热填料及构建三维连续导热通道等策略对改善CFRP 复合材料热导率的作用。最后进行了展望,将CFs 同向排列并与多种形状尺寸的高热导率填料耦合构建连续的导热通道,制备低负载填料、高热导率的CFRP 复合材料将成为未来的研究方向,为下一代导热材料的开发和优化提供指导。

生物质挤出发泡复合材料的研究进展

摘要: 全球对环境保护与绿色发展的关注度持续攀升,生物质挤出发泡复合材料作为环境友好型材料备受瞩目,其生物质及热塑性聚合物为原料可再生、可回收再利用,并且可以通过合适的工艺与添加助剂优化产品的力学性能,是可持续发展的新型材料。介绍了挤出发泡工艺对复合材料性能及应用的影响,重点对成型设备单螺杆挤出机与双螺杆挤出的优缺点进行了对比,总结了挤出发泡配方组成,即发泡剂、成核剂、增塑剂、交联剂等的加入对材料性能的优化作用,并对生物质挤出发泡复合材料在包装、建筑行业的应用做出了详细综述。

基于图案化方法制备高导热氮化硼/液晶环氧复合材料

摘要;环氧树脂作为传统覆铜板的绝缘基板,其导热性能相对较差,无法满足日益增长的散热需求.本工作采用两步丝网印刷方法制备了具有高导热性能的图案化氮化硼/液晶环氧复合材料. 首先,以低氮化硼含量(10 wt%~30 wt%)的液晶环氧涂膜液作为基体印刷非图案区域,再以高氮化硼含量(60 wt%~80 wt%)的液晶环氧涂膜液填充图案化区域(点、线和网格),通过图案点阵与基体中氮化硼的相互协同构建良好的面外和面内导热通路,获得了一系列高导热氮化硼/液晶环氧图案化复合材料,并深入探讨了图案化参数对材料性能的影响. 结果表明,丝网印刷的图案化复合材料在26.36 wt%氮化硼填料含量下实现了11.5 和20.5 W/(m·K)的面外和面内热导率. 同时,在41.52 wt%氮化硼填料含量下的面外和面内热导率甚至可以达到26.0 W/(m·K)和36.6 W/(m·K),分别是相同氮化硼含量的氮化硼/液晶环氧共混复合材料的10.8 倍和11.8 倍.