具有取向导热结构柔性相变复合材料的制备及导热性能

摘要:为解决高分子基复合材料固有热导率较差这一问题,本文采用简单高效、易工业化的开炼法在聚乙烯辛烯共弹性体(POE) 基体中构建有序的取向结构,制备了一种具有优异综合性能的柔性相变复合材料。在开炼机的强剪切场作用下,石蜡(PW) 和氮化硼(BN) 在POE 基体内部沿剪切场方向发生了定向取向排列,促进了导热通路的构建。当石墨烯纳米片(GNPs) 和BN 添加量分别为2wt% 和25wt% 时,PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 相变复合材料热导率(λ) 从1.01 W·m−1·K−1 (PW/POE) 提高到2.59 W·m−1·K−1,提高了156%。并且PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 相变复合材料具有优异的拉伸强度(21.1 MPa) 和断裂伸长率(719%),在弯曲、折叠成复杂的形状后不会出现任何的破裂,在10 次循环往复拉伸测试中具有良好的可回复性。此外,添加30wt% 的PW 能够赋予PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 一定的焓值(44.1 J·g−1);当施加80 mW·cm−2 的光照强度时,表面贴有PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 复合材料的瓶内温度高达54.3℃,较未添加GNPs 的PW/POE 提高了20℃,并且在光照条件下,PW-2wt%GNPs-25wt%BN/POE 复合材料具有优异的光驱动可恢复性能,使其具有潜在的光热转换应用前景,在实际应用和工业化生产方面具备巨大潜力。

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。

生物基高阻氧复合材料研究进展

摘要:随着环保意识的提升以及国家“以纸代塑”政策的提出,研究者一直致力于研发更环保的材料以代替石油基材料。生物质资源由于来源广泛,是有望部分替代石油资源的主要可再生资源之一。本文综述了近几年一些具有高阻氧潜力生物基复合材料(纤维素、淀粉、半纤维素、壳聚糖、胶原) 的研究进展。介绍了生物基材料改性的两种常用方法(薄膜基体改性和薄膜表面改性),简要总结了氧气分子渗透的理论与机制。并对目前的一些具有潜力的生物基复合材料在食品、医学、先进功能材料等领域的应用进行简要概述,对存在的问题进行简单总结,最后展望了未来生物质基材料的发展方向与趋势。

连续纤维增强陶瓷基复合材料3D打印:研究进展与挑战

摘要:连续纤维增强陶瓷基复合材料(continuous fiber reinforced ceramic matrix composites, CFRCMCs)具有低密度、高强度、优异的高温稳定性与化学稳定性等性能,在航空航天、核工业、化工以及交通运输等领域都有着重要应用。近几年,3D打印技术的发展为复杂异形 CFRCMCs构件的预制体成形提供了创新途径。然而CFRCMCs 的3D打印技术仍处于起步阶段,面临着成形设备、成形工艺和成形原理等方面的重大挑战。因此,对 CFRCMCs的3D打印研究进展与挑战进行归纳与分析具有重要意义。本文首先对常见3D打印技术进行简单介绍;其次,总结 CFRCMCs的3D打印研究进展,具体包括基于热塑性原料的熔融沉积3D 打印、基于水系浆料的墨水直写3D打印、机械辅助的墨水直写3D打印、基于光敏浆料的光固化3D打印等;最后,从纤维与陶瓷界面、缺陷表征与控制、陶瓷化与致密化、自动化与智能化制造、结构功能一体化、4D打印、自修复以及标准等方面对CFRCMCs的3D打印挑战进行分析。期望为CFRCMCs 3D打印相关的基础科学与关键技术研究提供一定参考与指导。

C/C复合材料表面陶瓷涂层研究进展

摘要:在C/C复合材料表面制备抗氧化烧蚀的陶瓷涂层,将超高温、高冲刷、含氧的服役环境与基体隔离开来,是延长其在极端环境下使用寿命的有效方法之一。表面涂层技术种类丰富,工艺简单,耗时短,制备成本相对较低,既能赋予基体抗氧化和耐烧蚀性能,又不会显著影响基体的高温力学性能,有力地促进了C/C复合材料在航空航天领域的应用。本文从涂层的结构和成分出发,对现有涂层体系进行了梳理,再结合涂层的化学组成特点,系统综述了表面陶瓷涂层领域的最新研究进展,并对多种纳米结构增强涂层策略进行分析,最后展望了表面涂层技术面临的新挑战和发展方向。

Al-Ag功能梯度复合材料的制备及其性能研究

摘要: 准等熵压缩实验可以通过轻气炮驱动不同阻抗分布的弹丸材料实现。弹丸的阻抗分布决定了加载的应力-应变率范围。采用粉末铺层结合热压烧结工艺制备了阻抗连续变化的Al-Ag梯度复合材料,并对单层Al-Ag复合材料以及Al-Ag梯度复合材料的结构与性能进行了研究。结果表明,Al-Ag梯度复合材料的最佳烧结工艺为570℃-100MPa-2h,各组分的Al-Ag复合材料致密度均大于95%。除此之外,各组分的Al-Ag复合材料的力学性能、SEM、热膨胀系数结果均表明Al-Ag梯度复合材料的可行性。Al-Ag梯度复合材料的SEM 和EDS结果表明梯度复合材料内部元素分布与设计方案一致,层间平行度较好。动态加载实验结果显示Al-Ag梯度复合材料具有良好的准等熵加载效果,有明显的准等熵加载效果,与模拟结果吻合较好。制备的Al-Ag梯度复合材料具有稳定的准等熵压缩效果,为探究不同应力-应变率下的材料的高压物性参数及损伤机制提供了支撑。

石墨烯/铜复合材料性能调控方法研究进展

摘要:随着特高压大容量输电技术发展,电力变压器额定容量和电压等级的不断提升对变压器绕组导线的机械性能和导电性能提出了更高的要求。在铜基中加入石墨烯,提升铜的机械、导电、导热等特性来用作新的变压器绕组材料可极大提升变压器的性能和电能传输效率。综合国内外研究现状,介绍了几种石墨烯/铜复合材料的基本结构,通过对石墨烯/铜复合材料不同改性方式的论述,揭示了如何解决石墨烯团聚和界面结合问题的机制,阐述了石墨烯/铜复合材料的研究进展,并对目前研究存在的不足进行了总结和探讨,最后展望了石墨烯/铜复合材料改性调控方法的下一步发展方向。

SiC纤维增强高温合金复合材料界面问题研究进展

摘要:高温合金因其强度高、用量大,已成为先进航空发动机主干材料之一。但高温合金密度大,会给发动机带来结构超重、效率低下等问题。如何降低高温合金构件重量、提高发动机效率是新型轻量化耐高温结构材料的研究重点。SiC纤维增强高温合金复合材料在减重方面展现出了潜在优势,在航空航天领域具有广阔的发展前景。SiC纤维与高温合金的界面反应问题一直是复合材料研制过程中的关键难点。为了改善界面相容性,避免高温合金与纤维发生剧烈反应,最常采用的方法是在纤维与高温合金之间添加扩散阻挡层,但是涂层材料在成型过程中容易破裂,无法起到阻挡作用。多组元构筑是一种有效的妥协方法,能够降低界面数量,有效阻止纤维被侵蚀。本文立足于SiC纤维增强高温合金复合材料的研发进展,探讨了复合材料的界面问题,对界面改善方法进行了总结,并对复合材料的界面设计进行分析和阐述。

超疏水涂层的制备、性能及应用研究进展

摘要 :随着材料工程和涂料工业的发展,具有耐腐蚀、自清洁、防雾、减阻或抗结冰等性能的超疏水涂层由于能够满足不同应用领域的功能需求,越来越受到研究人员的关注。此外,通过进一步在涂层内部引入隔热、防冰、阻燃、防腐等功能填料可赋予其多功能性,极大地拓宽了超疏水涂层的应用领域。本文首先对超疏水涂层的原理进行了梳理;进一步阐述了超疏水涂层的经典润湿理论,包括杨氏模型、Wenzel 模型和Cassie-Baxter 模型;随后分析了超疏水涂层不同制备方法的特点,并对各方法的优缺点进行了对比;最后通过介绍掺杂功能填料的多功能超疏水涂层研究进展,指出超疏水涂层存在的主要问题,并对其发展方向进行了展望。

碳纤维增强陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工技术的研究进展

摘要:碳纤维增强陶瓷基复合材料(Cf/SiC 复合材料)具有良好的化学和热稳定性、高比强度、耐高温以及低密度等优点,被广泛应用于航空航天、高速列车以及核能等领域。目前陶瓷基复合材料构件普遍采用近净成形技术制备,但仍需进行二次加工以满足最终装配的尺寸精度和几何公差。然而,由于Cf/SiC 复合材料具有各向异性和多相非均质的材料特性,其高效低损伤加工需求备受关注。因此,系统地综述了文献报道的Cf/SiC 复合材料超声振动辅助铣削加工技术相关研究进展。首先概述了陶瓷基复合材料传统机械加工以及特种能场辅助加工技术的研究现状。其次,从陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工过程中直角切削试验和有限元仿真两方面总结了材料去除机理和超声作用机制;介绍了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削中切削力建模的方法和陶瓷基复合材料加工表面损伤及其剩余强度方面的研究。最后,分析了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工的发展趋势以及展望未来研究方向。