利用电阻变化检测CFRP的基体裂纹

0前言碳纤维强化塑料（CFRP）是比强度和比刚性优越的低热膨胀材料.由于在航空宇宙领域的利用日益扩大,故也可期待它适用于作为下一代航天飞机燃料箱的结构材料.CFRP层叠结构由碳纤维补强纤维方位,但因为纤维垂直方位是树脂,所以强度的各向异性大,容易产生基体裂纹及层间剥离.特别是CFRP制箱体,发生液态氢燃料泄漏成为一个问题,因此,在使用前检测会导致密封性降低的基体裂纹遂成为重要的技术课题.     

碳纤维复合材料板材热冲压成形试验研究

碳纤维复合材料由碳纤维增强体和基体树脂复合而成．按照应用性质可分为功能复合材料和结构复合材料两种。其中,结构复合材料的增强材料为各种纤维或者颗粒等材料．在复合材料中起主要作用,提供刚度和强度的作用。基体可以是金属或者非金属等,在复合材料中起配合作用,支持和固定纤维材料．传递纤维问的载荷．保护纤维．     

镀Cr层对低碳钢与CFRP接头力学性能的影响

以低碳钢与碳纤维增强树脂基复合材料CFRP激光连接接头为研究对象,采用表面电镀工艺在低碳钢表面镀Cr,分析了镀Cr层对低碳钢与CFRP接头剪切强度的影响。结果表明,镀Cr低碳钢与CFRP激光连接接头发生断裂的位置是CFRP内部,断裂后的CFRP依旧粘连着低碳钢基体,镀Cr层的存在明显提高了接头的剪切强度。     

含Cu界面层碳纤维增强铝基复合材料制备工艺及其力学性能研究

为了改善碳纤维与Al基体的润湿性和抑制Al基体对碳纤维的反应腐蚀,采用电镀工艺结合超声辅助振荡分散法,在碳纤维表面制备了均匀、光滑、连续的Cu界面层。通过真空压力浸渗法制备了碳纤维增强铝基复合材料。微观组织结构分析表明,Cu界面层的引入,使得所制备的复合材料中碳纤维分散好、基体致密度高、Al熔体能很好地浸渗到碳纤维束丝中形成结合良好的碳纤维-基体界面;同时,Cu界面层的引入可以避免Al熔体对碳纤维的腐蚀。力学性能测试表明,与工业纯Al相比,当碳纤维的体积分数为8%时,材料的拉伸强度可以提高143%。断口分析表明,在拉应力作用下,碳纤维-基体复合区域的碳纤维在Al基体中发生了滑移或拔出,因此在碳纤维的滑移和拔出过程中裂纹扩展被抑制,从而大大提高铝基复合材料的强度。     

碳纤维表面沉积铜工艺及其参数影响机理研究

碳纤维增强铝基复合材料因具备碳纤维与铝的优良性能,高比强度、比模量,良好的热稳定性及性能与功能的可设计性等特点,在光机结构、航空航天结构件等方面具有广阔的应用前景。为了改善碳纤维与铝基体的界面润湿性能和抑制基体与纤维的界面反应,需要在碳纤维表面沉积铜界面层。本文通过对传统电镀装置的改进,采用了超声振荡分散的电镀装置在碳纤维表面沉积了铜界面层,通过对电镀前碳纤维的预处理、电镀液成分的优选调配,解决了碳纤维铜界面层沉积过程中因纤维束丝难以分散而出现的“夹心”问题(束丝内部纤维难以沉积或不能均匀沉积);在此基础上,详细研究了电镀液添加剂、电镀液PH值、电镀时间等工艺参数对铜界面层的微观结构、铜界面层质量及影响机制,为制备碳纤维增强铝基复合材料提供了一定的技术支持。     

基体表面激光离散强韧化对镀铬层界面损伤的影响

为了揭示先激光离散淬火基体后再镀铬复合工艺提高镀铬身管寿命的机理,利用YAG激光器对某型号武器身管内表面进行螺旋式离散淬火预处理,形成沿基体界面周期性变化的强/韧相结合的镀铬层/基体结构,并对该结构的镀铬身管进行靶场实弹射击试验,对强化和韧性区上的铬层都开裂部分进行了解剖分析,并利用非均匀材料中的屈服强度梯度对裂纹驱动力影响理论,对进入强化区的界面裂纹驱动力进行了研究。结果表明,只有韧性区出现界面裂纹;该结构将均匀基体的随机界面损伤问题转变为可控的界面损伤,降低了界面损伤量;强化区沿基体界面存在的屈服强度梯度,是强化区能够减小界面裂纹驱动力、延缓界面损伤速度的因素之一。     

碳纤维增强铝基复合材料的制备及力学性能研究

碳纤维增强铝基复合材料(Cf/Al)具有很多优良特性,作为结构材料和功能材料在航空航天等领域有着广泛的应用前景。本试验采用挤压铸造法制备了连续碳纤维增强铝基复合材料,分析了复合材料的微观形貌、界面特征及力学性能。基体材料为Al-Cu合金,增强纤维为T-300连续碳纤维。通过合理的控制工艺参数,挤压铸造后铝合金均匀、致密地填充在增强纤维之间,纤维和基体的结合界面良好,纤维表面镀镍及未镀镍的Cf/Al复合材料界面均未发现Al4C3脆性相。纤维体积分数为50%的铝基复合材料抗拉强度和弹性模量分别为512 N/mm2和163 GPa,显著高于金属基体的。     

C/C-SiC复合材料的制备及其层间剪切强度分析

采用先驱体浸渍裂解结合液硅渗透的方法制备C/C-SiC复合材料。通过X射线衍射和扫描电镜分析了材料的成分和微结构,采用压缩双切口试样法分别在室温和1600℃下测试其层间剪切强度,分析了微观剪切破坏机理。结果表明:碳纤维表面的热解碳(PyC)与液硅反应生成一层SiC,保护纤维不受残余Si的损伤。树脂碳和液硅反应生成的SiC填充了多孔C/C的孔隙。材料的高温层间剪切强度是室温下的2倍左右。室温下基体存在残余热应力,界面结合强度低,材料属于脆性断裂,高温下基体残余热应力得到释放,界面结合强度增大,基体裂纹部分闭合,该复合材料可承受更大的剪切应力。     

ETH开发出碳纤维增强塑料3D打印机

正近日,隶属于苏黎世联邦理工学院(ETH)的9T实验室开发出了一款碳纤维增强塑料3D打印机。碳纤维增强复合材料(CFRP)的强度比钢更强,比钢更轻,是许多行业非常重要的材料来源。但碳纤维增强复合材料是碳纤维和塑料组合加工而成的高强度耐用材料,用它制造每一个部件都需要1副单独的模具,因此比     

肯纳金属推出用于CFRP/金属层叠板材料加工的整体硬质合金钻头

不断出现的新材料对其刀具产品提出了新的要求。为了提高强度,减少质量,航天航空行业不断研发新型的CFRP/金属层叠板材料,这种层叠板材料中的夹层材料为钛或其它金属。这种材料在制造机翼、机身、驾驶舱以及其它部件时,可以在减轻质量的情况下获得满意的性能。因为碳纤维材料和金属材料的机械性能有较大的差别,在对紧固孔进行有效的钻孔加工时,需要采用具有高耐磨性和优化槽型的切削刀具产品。确保高质量以及没有毛刺的钻孔非常关键。     

裂解温度对聚硅氧烷转化Cf/Si-O-C复合材料界面结构和弯曲强度的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法制备碳纤维二维编织布增强Si-O-C复合材料(Cf/Si-O-C),探讨了裂解温度对材料界面结构和弯曲强度的影响.研究发现,当倒数第二周期的裂解温度从1 100℃提高到1 400℃时,可以弱化纤维/基体的界面结合强度,从而提高材料的弯曲强度.     

Cf/SiC制动材料压缩性能的研究

实验以短碳纤维代替连续碳纤维编织为增强体,以树脂为粘结剂,运用模压成型-无压烧结法制备Cf/SiC陶瓷基制动材料.从碳纤维分布、碳纤维长度和碳纤维体积分数3个方面研究对复合材料压缩强度性能的影响.研究结果表明:当碳纤维以纤维单丝状态分布时,纤维与基体结合界面多,纤维能充分发挥增强增韧作用,使材料的压缩强度得到提高;随着碳纤维长度的增加,材料的压缩强度先增大后减小;碳纤维含量分别为5％、10％、15％时,复合材料的压缩强度先增大后减小,当碳纤维含量为10％时,垂直纤维层方向压缩强度为39.04 MPa,平行纤维层方向压缩强度为35.24 MPa.     

纤维表面状态对Cf/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用浸渍裂解工艺制备出3D Cf/Si-O-C陶瓷基复合材料,研究了碳纤维表面状态对材料结构与性能的影响.本研究以热处理的方式改变纤维表面状态,并利用XPS对热处理前后纤维表面状态进行了表征.结果表明热处理能够降低纤维表面活性;纤维表面活性降低实现了复合材料中纤维-基体界面的弱化,减小了碳纤维在材料制备过程中的损伤;由低表面活性纤维制备的Cf/Si-O-C复合材料性能优异,弯曲强度和断裂韧性分别达到534MPa,23.4 MPa·m1/2,是由高表面活性纤维所得复合材料的6倍和10倍.     

耐高温复合材料及其制取方法

本专利介绍的耐高温复合材料是由基体和嵌到基体中的碳纤维或石墨纤维组成,而这些纬维是以纤维纱形式平行排列的。此外,本专利还介绍了这种复合材料的制取方法。在制造宇宙飞行器、导弹、火箭等武器时,其结构材料需要有特殊的物理性能,例如比重小,强度高和刚性好的性能。为此人们往往须要使用一种合成的材料。用碳纤维或石墨纤维制成的织物(各种形状的织物在市埸上都能购到)对制取复合材料是很有好处的。有人曾用这种织物和人造树脂制成复合材料。     

模压压力对2D-Cf／SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷、SiC微粉为原料，二维碳纤维织物为增强体，采用先驱体转化法制备了2D-Cf／SiC复合材料，考察了模压压力对2D-Cf／SiC复合材料常温力学性能的影响。结果表明，随着模压压力的增加，纤维体积分数明显提高，但材料的力学性能未能随之提高，主要原因在于随着压力增加，SiC微粉对碳纤维的损伤加剧。模压压力的增加导致纤维体积分数增加和纤维损伤的加剧，两方面的原因造成模压压力对材料的力学性能影响不大。有压成型比无压成型制得的材料的高温抗氧化性要好，主要原因是在0MPa压力下，材料基体更容易出现裂纹，从而使得高温条件下氧化气氛更容易对材料性能造成损害。     

基于磨料水射流的C/SiC复合材料切槽加工实验研究

实验采用磨料水射流对C/SiC复合材料进行切槽加工实验研究,探究了加工参数对切割深度的影响规律;分析了切槽形貌、材料损伤形式和切割机理。结果表明,在一定参数范围内,切割深度随射流压力和靶距的增大而增大,随进给速度的增大而减小;造成切槽深度、切缝宽度不均匀的主要原因是磨料水射流的雾化作用和二次冲蚀作用;切割面损伤形式主要为基体微裂纹、纤维断裂、界面层脱粘;材料去除形式为碳纤维和碳化硅基体材料脆性断裂去除;碳纤维对基体裂纹扩展具有一定的阻碍作用。     

CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆技术在碳纤维增强热塑性塑料(carbon fiber reinforced thermoplastics, CFRP)表面成功地制备了TC4 + AlSi10Mg复合涂层. 通过扫描电镜、能谱仪和透射电镜分析了TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层微观结构、元素成分分布及相组成. 采用纳米压痕仪对复合涂层到基材的硬度变化规律进行测试. 结果表明,通过激光熔覆技术可以快速在CFRP材料表面形成连续的、均匀的TC4 + AlSi10Mg复合涂层. TC4 + AlSi10Mg复合粉末在激光作用下,受热熔化渗透到CFRP基体内部,形成良好的冶金结合,并在碳纤维-树脂-复合涂层之间形成连续的界面层. TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层相成分为TiC,Ti₃Al,TiS₂和Ti₃AlC相. CFRP基体的平均硬度为10.15 HV,涂层的最高硬度可达1914 HV. 基于试验观察和理论分析,得出CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层主要的界面反应机理为Ti(s) + C(s)→TiC(s),Al(l) + 3Ti(s)→Ti₃Al(s).     

烧结温度对碳纤维/层状木材陶瓷界面结构的影响

为了探讨烧结温度对纤维增强木材陶瓷界面结构的影响,用液化木材和炭粉制备片状基体材料,并通过酚醛树脂与碳纤维复合、在不同的烧结温度条件下制备碳纤维/层状木材陶瓷复合材料。利用扫描电镜(SEM)、场发射透射电镜(FETEM)、显微拉曼光谱(MRS)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对其界面结构进行测试与表征。结果表明:在基体材料中,无定形碳与玻璃碳相互融合,界面区过渡自然,无明显界限;而在碳纤维与玻璃碳所形成的界面区中,较高的升温速度易形成为裂纹而呈现弱界面结合。同时,随着烧结温度的升高,界面区中有石墨微晶生成,但呈现出湍层结构。较高的烧结温度有助于脱除N、O、Na等元素,并有利于形成C-C结构。     

浸渍-碳化工艺对碳/碳复合材料力学性能的影响

采用碳纤维针刺整体毡作为增强体,硼酚醛树脂作为基体先驱体,用浸渍碳化的方法制备C/C复合材料.考察了在不同的浸渍压力和碳化温度下材料力学性能的差异.分析结果表明:不仅密度是影响碳/碳复合材料力学性能的重要因素,纤维和基体的结合状况以及基体碳的结构也是决定材料强度和断裂方式的重要因素.随着工艺参数的改变,碳/碳复合材料的断裂模式可以由“假塑性断裂”向“脆性断裂”转变.     

碳纤维表面SiO2涂层的制备及其在镁基复合材料中的应用

利用Sol-Gel方法,通过优化溶胶的配置、纤维提拉过程和干燥烧结等工艺过程,在碳纤维表面制备出均匀的、无裂纹的SiO2涂层.采用SEM、XPS和TEM表征了碳纤维表面SiO2涂层的结构、形貌、元素分布以及涂层碳纤维/镁基体的界面结构.结果表明,涂覆SiO2的碳纤维,抗氧化能力提高,拉伸性能略有降低,但与镁基体复合后其拉伸强度降低了20%.SiO2涂层改善了Mg对碳纤维的润湿能力,有效地促进了熔融Mg液对碳纤维的浸渗.