面向2035年复合材料构件精确制造发展战略研究

摘要:先进复合材料具有高比强度、高比模量、可设计性好等优点,广泛应用于航空航天、轨道交通等领域的装备制造,是工业发达国家战略必争资源;保障和提升先进复合材料的供给能力,突破大型复杂复合材料构件的设计成形、加工装配、检测修复等精确制造技术,对支撑制造强国建设具有重要价值。本文总结了国内外复合材料构件精确制造技术的发展现状及趋势,从高精密数控缠绕、复合材料自动铺放、复合材料预制体成形、纤维复合材料增材制造、高性能碳纤维生产等方面梳理了复合材料构件精确制造的关键技术与装备;结合基本态势研判了制约复合材料制造技术水平提升的“卡脖子”环节,提出了我国复合材料构件制造技术与装备的发展思路与分阶段发展目标。研究建议,组织建设国家级创新机构,设立国家重大专项支持,加强学科建设和人才培养,加强国际技术交流与合作,着力推动重大科学创新和关键技术突破,为国家重大工程和装备应用提供高质量科技支撑。

机器学习在复合材料力学领域的应用研究进展

摘要:复合材料因其优异的综合性能在众多领域有广泛的应用。然而,随着复合材料的组成、结构和性能要求变得愈加复杂,以实验研究和计算模拟等复合材料领域传统研究方法,面临成本高、周期长、数据需求大、模型复杂和可解释性不足等问题。机器学习(Machine learning,ML) 方法作为一种人工智能技术,具有自动学习能力、高维数据处理能力、分析预测和分类决策能力,能有效解决上述传统复合材料研究方法存在的问题,被认为是复合材料结构设计、分析与预测中的一种新兴技术,已成为复合材料研究领域的发展趋势。本文综述并评价了ML 方法应用于复合材料力学领域的最新研究成果,重点关注复合材料力学性能预测、结构优化设计和损伤检测3 个方面的研究进展,并对其未来发展方向进行了讨论和展望。

聚合物导热复合材料三维网络构筑及性能研究进展

摘要:随着电子器件朝着小型化、高集成化及高功率化方向发展,散热问题愈发突出,开发高效热管理材料已成当务之急。聚合物复合材料相较传统导热材料,在轻质、耐腐蚀等方面优势显著。实现高效三维导热网络的设计与构筑,对聚合物复合材料获得优异导热性能至关重要。近年来,结合不同尺寸、形状等填料混杂填充策略的聚合物复合材料三维导热网络结构设计备受关注。本文首先阐述了聚合物复合材料的导热理论模型与数值模拟方法;其次,重点介绍了在聚合物基体中构筑三维导热网络的常用方法,包括预制三维填料骨架、隔离结构、双逾渗结构等;然后,详细总结了基于二维填料混杂填充聚合物复合材料在结构设计与性能调控方面的研究进展,包括填料桥接与协同效应、双填料网络构筑与性能协同、填料取向调控与剥离成型一体化等方面;最后,对该领域现存问题及未来研究方向予以总结和展望。

碳纤维基复合吸波材料的研究进展

摘要:随着高新技术的快速发展,电磁波在民用和军工等领域的应用日益广泛,由此产生的电磁波干扰和泄露问题亟待解决。作为重要的解决方案,电磁波吸收材料受到广泛关注。其中,碳纤维(Carbon fibres,CFs) 因具有质量轻、成本低、电性能优异及化学稳定性好等特点而备受青睐。然而,单一碳纤维难以满足综合吸波要求,需通过引入不同吸波材料并设计出合理的微观结构,以调节电磁参数,优化阻抗匹配,增强电磁波衰减能力。本文重点综述了国内外利用金属、金属化合物、碳材料、导电聚合物及其他多组分材料等改性碳纤维的研究进展,分析了结构和组分变化对吸波性能的影响规律。同时,总结了当前碳纤维基复合吸波材料面临的主要挑战,并对其发展前景进行了展望。

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。

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。

3D打印纤维增强树脂基复合材料研究进展

摘要:纤维增强复合材料因具有轻量化、高承载以及卓越的力学性能和功能特性,是我国关键战略材料的重要组成。传统的纤维增强复合材料制造技术难以制备复杂结构零件,限制了复合材料的广泛应用,3D打印技术的飞速发展提供给制备纤维增强复合材料新的思路。综述了3D打印纤维增强树脂基复合材料研究进展包括原材料、基本原理、装备、工艺参数以及力学性能,并对3D打印纤维增强复合材料的未来研究与发展方向进行了展望。

基于数据驱动的纤维增强复合材料性能预测研究进展

摘要:随着数据资源获取、深度学习演化和模型推理生成等技术的不断发展,数据驱动方法凭借其在挖掘高维非线性关系、构建代理模型及处理多模态数据方面的独特优势,为纤维增强复合材料的性能预测提供了强有力的工具。系统介绍了该领域的研究进展,对复合材料关键参数的数字化表征方法进行梳理,重点描述了材料本征参数归集、图像驱动特征提取、物理信息特征工程以及跨尺度数据驱动4 类数字化表征方法,评述了数据驱动模型在复合材料力学、热学、声学及电学性能预测中的建模策略和预测精度,阐述了可解释性分析与不确定性量化技术在增强模型透明度、量化预测风险方面的工程意义,并展望了构建多尺度融合、物理引导与主动学习相结合的可解释机器学习框架等方向,以期为数据驱动方法在复合材料性能预测领域的深化应用提供从理论基础到工程实践的完整视角。

电子封装用功能梯度铝基复合材料研究应用进展

摘要:电子信息系统小型化、轻量化、无人化、一体化的发展趋势要求电子封装持续减小尺寸、降低重量和减少功耗(SWaP,即Size,Weight and Power)。传统的基于可伐合金、铝合金和高硅铝的微电子封装材料难以同时满足大跨度热匹配、良好的钎焊与激光熔焊性能、高导热、高比刚度、高比强度和良好的可制造性,无法适应SWaP 要求。功能梯度铝基复合材料综合了铝合金与铝硅、碳化硅铝等先进复合材料的优点,既具备大跨度热匹配、高导热率的特点,又具备精细加工和良好的激光熔焊等工艺性能,是新一代微电子封装材料的研究热点。本文综述了功能梯度铝基复合材料的优势、制备方法和封装应用情况,并对该材料制备与应用中存在的问题进行了总结,最后对其未来研究方向进行了展望。

软磁复合材料绝缘包覆研究进展

摘要:电感元件高频化、小型化、低功耗的发展趋势,对软磁复合材料在高频下的应用特性提出了更高的要求。作为降低高频下涡流损耗的有效手段,绝缘包覆技术的发展受到广泛关注。绝缘包覆技术是软磁复合材料制备过程中的关键环节,其通过对软磁金属粉末进行绝缘包覆从而有效降低涡流损耗。从软磁金属复合材料的包覆工艺角度对有机包覆、无机包覆、无机-有机复合包覆工艺的研究现状及其特点进行综述,指出了目前绝缘包覆领域所面临的挑战与可能的发展方向。