激光增材制造金属基复合材料工艺研究进展

摘要:金属基复合材料因其优异的力学性能和化学耐腐蚀性,在航空航天、汽车制造、电子工业等领域具有广泛的应用前景。激光增材制造技术的快速发展为制备金属基复合材料开辟出一条新路径。本文综述了激光增材制造技术在金属基复合材料加工成形领域的应用,包括技术原理、关键要素及典型材料的研究进展。首先,详细阐述选区激光烧结、选区激光熔化和激光金属沉积三种技术的工作原理、优势及局限;其次,重点分析粉末类型、粉末特性和增强体等影响金属基复合材料制备的关键要素;最后,系统分析激光增材制造技术在典型金属基复合材料成形方面的研究进展,并对未来研究方向进行展望。

异质结构钛基复合材料综述

摘要:钛基复合材料(titanium matrix composites, TMCs)因其高的比强度和比模量,而被广泛应用于航空航天等关键承载部件,但其室温强度-塑韧性倒置瓶颈问题限制了其广泛应用。近年来随着异质结构材料的异变诱导(HDI)强化和硬化效应理论的提出,为突破TMCs强韧性倒置难题带来希望。本综述在概述异质结构钛合金研究进展的基础上,综述了TMCs的复合化策略和研究现状,讨论了均质TMCs的失效机制,总结了近年来TMCs利用增强相的钉扎效应进行构型化设计的最新进展。以“硬包软”的网状结构和“软包硬”的球团结构为例,从异质结构TMCs的分类、设计、制备方法、强化机制等方面进行讨论分析,为开发高强高韧TMCs提供研究参考和依据。

高温耐热钨基复合粉体制备与特性的研究进展

摘要:【目的】研究高温耐热钨(W)基复合粉体制备与特性,探讨制备钨基材料整个工艺流程最前端工序的特点,钨基块体材料的质量对最终其工程应用的影响,以及后续烧结及后续加工变形处理后钨基块体性能对钨基粉体的特性决定作用。 【研究现状】综述不同种类钨基复合粉体的制备工艺,包括聚变装置用第二相掺杂钨基复合粉体、高端装备用W-铼(Re)合金粉体、电子封装领域用W-铜(Cu)复合粉体;第二相掺杂钨基复合粉体主要包括W包覆第二相的核壳结构的设计与优化,W-Re合金粉体主要包括W与Re元素的均匀固溶分布,W-Cu复合粉体主要包括W包覆Cu复合粉体的结构设计与改进等的研究;掺杂第二相主要为氧化物氧化钇(Y2O3)、氧化镧(La2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铪(HfO2)等,以及碳化物碳化钛(TiC)、 碳化锆(ZrC)、碳化铪(HfC)等,主要采用机械球磨和化学法制备相应粉体;W-Re合金粉体的制备方法分为机械法、混粉法和化学法;采用机械球磨、湿化学法、溶胶-凝胶法等方法,可获得具有优异烧结活性的纳米级W-Cu复合粉体,进而制备致密度高的W-Cu复合材料。【结论与展望】 提出制备钨基粉体常用的方法,机械法的主要问题是长时间球磨可能产生杂质影响及粉体冷焊,化学法主要问题是制备过程中的副产物包含氨气及随着分解产生的氮氧化物,须要考虑环境保护问题;认为高质量钨基复合粉体是获得高性能钨材料的关键,因此钨基复合粉体结构及制备技术仍须进一步优化。

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。

商用飞机复合材料应用之路——基于系统工程理念

摘要:基于系统工程设计理念,探讨了复合材料在民用飞机设计制造中的应用过程。鉴于大型客机对高性能的要求,复合材料以其独特的轻质、高强、耐腐蚀等特性,已成为飞机发展的关键因素。旨在让潜在的材料供应商和合作伙伴更好地了解新材料应用与大型客机研制的具体过程和方法,从而促进技术创新与合作,共同推动航空制造业的发展。

纤维增强陶瓷基复合材料加工技术研究进展

腐蚀、抗氧化等优良特性,在航空、航天、能源等领域具有极大的应用前景。由于极高的硬度和脆性以及材料本身的各向异性和非均质性,纤维增强陶瓷基复合材料加工难度大,且易存在毛刺、崩边和撕裂等加工缺陷。传统机械加工技术(磨削、切削、钻削、铣削)等在FRCMCs 加工中应用广泛,但存在刀具磨损严重、加工效率低等问题,特种加工技术包括激光加工、超声辅助加工、电火花加工以及磨料水射流加工等,具有非接触加工、无机械应力等优势,但加工设备要求高、成本投入大且工艺不够成熟。本文系统介绍了纤维增强陶瓷基复合材料的传统机械加工技术和特种加工技术研究现状,总结概括了各种加工技术的加工机理、影响因素以及优缺点,并指出未来陶瓷基复合材料加工技术的发展方向。

面向海工建设的海水海砂工程水泥基复合材料研究进展

摘要:在加快建设海洋强国的战略背景下,海水海砂工程水泥基复合材料(ECC)的开发与应用对于沿海及海岛地区海洋基础设施的建设具有重要意义。海水海砂ECC不仅继承了传统ECC优异的韧性、延展性和裂缝控制性能,还在实际工程中展现出更强的抵御海洋环境中腐蚀性介质侵蚀及自然灾害频繁冲击的能力,具有广阔的应用前景。本文系统梳理了海水中无机盐离子、海砂颗粒形貌和矿物成分对ECC力学性能的影响,探讨了基于3D打印海水海砂ECC的增材制造技术,并总结了其在工程中的典型应用场景。在此基础上,进一步分析了当前海水海砂ECC研究中存在的关键科学问题和技术难点,展望了其在未来发展所面临的机遇与挑战。

界面工程策略赋能纤维增强树脂基复合材料研究进展

摘要:纤维增强树脂基复合材料因其轻质高强、耐腐蚀性强、热稳定性与绝缘性高、可设计性与加工灵活等优势,已成为航空航天、国防军工、汽车和轨道交通、能源、基础设施等领域的关键材料. 本综述首先从纤维的结构特点、性能优势和应用领域出发,系统总结了代表性高性能无机纤维和有机纤维的优势,通过分析其差异,凝练出共性问题,即高表面化学惰性所导致的与树脂界面相容性差. 针对上述难题,本文探讨了界面调控机制及相应解决策略,综述了先进的界面处理技术及其国内外研究进展,并从新型树脂材料的开发、发展低成本和智能化制造技术、结构-功能一体化设计与应用、发展循环回收再利用新技术、人工智能与复合材料的深度耦合等几个方面展望了纤维增强树脂基复合材料未来的发展趋势,以期为推动该材料体系的进一步发展提供新思路.

形状记忆高分子气凝胶复合材料研究进展

摘要:形状记忆高分子气凝胶(shape memory polymer aerogel, SMPA)是一类兼具多孔结构和刺激响应特性的智能材料,能够在温度、湿度、电场等外界刺激下发生可逆形变. 这类材料通过结合气凝胶的轻质多孔结构特性和形状记忆聚合物的刺激响应能力,在航空航天、智能电子、环境能源等领域展现出巨大潜力. 近年来,SMPA的研究在材料体系设计和性能优化方面取得了显著进展,本文系统综述了近年有关SMPA及其复合材料的结构、机理、性能及应用的研究成果,通过材料体系将SMPA分为合成基和生物基2 类,讨论其制备方法和性能优化方式,并列举SMPA及其复合材料在不同领域的应用,有助于读者了解当前SMPA及其复合材料的发展趋势、应用和现存挑战,以望引发研究人员对这一领域的进一步探索.

橡胶纳米复合材料界面和分散表征的研究进展

摘要:橡胶纳米复合材料在交通运输(如高性能轮胎)、航空航天与国防等国家战略领域具有重要的应用价值,复合材料的宏观性能与纳米填料−橡胶的界面相互作用及填料在基体中的分散结构密切相关. 然而传统表征方法受限于分辨率不足,难以清晰阐明纳米尺度微观结构(界面性能、分散结构)与复合材料宏观性能的关联机制,从而无法为高性能橡胶纳米复合材料的设计与制备提供明确指导. 本综述主要介绍了如何利用原子力显微镜(AFM)纳米力学成像技术的高分辨优势,实现橡胶纳米复合材料界面结构(界面厚度、纳米力学性能)的定量表征,以及结合具有纳米级分辨率的三维扫描透射电镜(3D-STEM)与微米级视场的同步辐射X射线计算机断层扫描(X-ray CT)实现纳米填料在橡胶基体中三维分散结构的精细化表征,包括填料聚集体分散均匀性、尺寸分布、内部密实度及填料网络结构的支化度和连通性等. 总结了橡胶与填料的物理化学性质对纳米复合材料多尺度微观结构的影响规律.