Al/Fe2O3/PTFE材料压缩力学性能与冲击反应特性

为研究铝/三氧化二铁/聚四氟乙烯(Al/Fe_2O_3/PTFE)材料在准静态压缩情况下的力学性能和落锤冲击条件下的反应特性,在Al/Fe_2O_3基础上加入不同体积分数的PTFE作为粘合剂,制备了多功能结构性Al/Fe_2O_3/PTFE含能材料,并用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征。结果表明,在准静态压缩条件下,随着PTFE含量的增加,材料的压缩强度、应变硬化模量、屈服强度、密度以及最大真实应变逐渐增大。当PTFE体积分数由40%增加到80%时,复合材料的强度由16 MPa逐渐上升到87 MPa。在落锤冲击条件下,PTFE体积分数为40%和60%的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料均能在落锤冲击下发生剧烈爆炸和燃烧,而加入80%PTFE的复合材料在高速摄影下也仅观察到微弱的火星,反应十分微弱。随着PTFE的增加,复合材料的感度逐渐降低,特性落高分别为55,58 cm和85 cm,发火延时分别为50,100μs和200μs。40%PTFE含量的Al/Fe_2O_3/PTFE复合材料落锤冲击后产物为AlF_3、Al_2O_3、FeF_2和炭黑,证实了铝热反应的发生,FeF_2不是PTFE与Fe_2O_3反应的产物,而是由铝热反应产生的Fe与PTFE分解产物之间的化学反应产生的。     

Pb_3O_4添加量对Mg/PTFE红外诱饵剂特性的影响

为研究四氧化三铅加入传统的镁/聚四氟乙烯(Mg/PTFE)红外诱饵剂后对效能的影响,设计了11种配方并压制成药柱样品。用红外热像仪对样品燃烧过程进行观测及计算,得到样品燃烧时间、质量燃速、辐射面积、辐射亮度、辐射强度。结果表明:用四氧化三铅逐渐替换聚四氟乙烯会使样品的最高反应温度逐渐降低,四氧化三铅的质量分数越大,温度降低越多;随着四氧化三铅替换聚四氟乙烯的比例增大,辐射强度先减小后增大再减小,当四氧化三铅比例为35%时,烟火药辐射强度最大。     

不同PTFE含量对PTFE/Al/MnO_2反应材料性能的影响

为研究聚四氟乙烯(PTFE)含量对PTFE/Al/MnO_2反应材料的压缩力学性能和冲击反应特性的影响,使用模压烧结法制备了3种PTFE/Al/MnO_2复合材料,并进行了表征。结果表明:在准静态压缩条件下,含40%PTFE的复合材料强度仅为16MPa,经历弹性形变后很快失效。而加入60%和80%PTFE的复合材料在经过弹性阶段后,材料强度达到87MPa和93MPa;在落锤冲击条件下,加入40%和60%PTFE后,PTFE/Al/MnO_2材料能够发生剧烈爆炸和燃烧,并伴随着高温熔渣喷射现象,而80%的PTFE加入后材料反应十分微弱。     

石蜡/HTPB燃料的力学性能

为了研究端羟基聚丁二烯(HTPB)体系质量分数以及温度对石蜡/HTPB燃料力学性能的影响,制备了7种不同配方石蜡/HTPB拉伸试件,并使用万能材料试验机以10 mm·min~(-1)拉伸速率进行了单轴拉伸实验,分析了燃料的最大抗拉强度、断裂伸长率和初始弹性模量变化规律。结果表明,随着HTPB体系质量分数增加,燃料的断裂伸长率增大,而最大抗拉强度和初始弹性模量皆减小;当环境温度较高(接近石蜡熔点58℃)时,燃料的最大抗拉强度和初始弹性模量皆随着HTPB质量分数增加而增大;燃料的最大抗拉强度随温度降低而逐渐增大,其中当温度由20℃降低至-40℃时,H20燃料最大抗拉强度由1.189 MPa升高至2.150 MPa;以HTPB体系为基体、石蜡为填料的石蜡/HTPB燃料,在其基体与填料的界面上存在相互阻滞作用力,可提高燃料的力学性能。     

基于SPH方法的低密度粒子流成型数值仿真

为研究低密度材料药型罩形成粒子流的特性,使用AUTODYN有限元软件采用光滑粒子流体力学(SPH)方法对低密度材料药型罩形成粒子流进行数值仿真研究,进行了实验验证。药型罩材料选用聚四氟乙烯(PTFE)基体中加入质量分数为38.5%,密度为8.93 g·cm~(-3)铜粉的改性聚四氟乙烯/铜(PTFE/Cu)。研究结果表明:SPH方法可以有效地模拟爆炸和粒子流的形成,且在数值模拟过程中选择炸药粒子间距和药型罩材料粒子间距均为0.03 cm较为合适;在爆轰波的作用下,PTFE/Cu材料药型罩无法形成凝聚的射流,会形成飞散的粒子流,通过X光照片可以观察到射流是非常细小的颗粒,且光学密度沿径向增加;在40μs前仿真与实验形成粒子流的形态有很高的相似性,仿真结果与实际情况吻合性较好,而在100μs后实际粒子流的运动表现出很强的不确定性,出现螺旋、偏移等现象。     

PTFE含量和烧结温度对Al/PTFE复合粒子形貌与燃烧性能的影响

为了探索聚四氟乙烯（PTFE）含量和烧结温度对铝粉（Al）/ PTFE复合粒子形貌和燃烧性能的影响规律,采用球磨-烧结工艺,制备了不同配比、不同烧结温度的Al/PTFE复合粒子。用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对样品进行表征,研究了PTFE含量和烧结温度对复合粒子微观形貌的影响;利用密闭燃烧罐、高速摄像仪及红外热成像仪,对样品的燃烧过程进行分析,探究了PTFE含量和烧结温度对复合粒子燃烧性能的影响。结果表明,340 ℃烧结能使复合粒子形成规整的核壳结构,PTFE含量小于35%时,粒子包覆完整度随PTFE含量的增大而增大;当PTFE含量继续增加时,复合粒子形状变得不规则,出现颗粒凝聚。随着PTFE含量以及烧结温度的提高,样品的燃速、燃烧剧烈程度、火焰温度等均呈现出先提升再降低的趋势。最优条件（PTFE 含量35%,烧结温度340 ℃）制备的样品较其它条件制备的样品,燃烧压力最高增大16%,燃烧时间最长缩短37%,中心火焰温度提高317.1 ℃,这表明,适量的（35%最佳）的PTFE含量和合适的烧结温度（340 ℃最佳）会显著改善复合粒子的燃烧性能。     

钨颗粒增强铝/聚四氟乙烯材料的冲击反应特性

针对模压烧结法制备的4种不同配比的铝/钨/聚四氟乙烯(Al/W/PTFE)反应材料,采用分离式霍普金森压杆加载方法和高速摄影技术研究其冲击反应特性。实验结果表明：随着W含量的增加,反应材料的屈服强度和破坏强度提高;反应材料的应力-应变曲线分为弹性阶段、硬化阶段和破坏阶段,动态压缩特性具有明显的应变率效应;Al/W/PTFE反应材料的冲击反应过程可分为变形、破坏和燃烧反应;Al/W/PTFE反应材料中增加W含量,提高了材料的反应应变率阈值和比能量阈值。     

高速弹体侵彻钢/陶瓷/超高分子量聚乙烯纤维/钢实验

为研究多层结构不同材料复合靶抗高速弹体的侵彻性能与抗弹机理,设计5 mm低碳钢面板+20 mm陶瓷板+20mm陶瓷板+20 mm超高分子量聚乙烯纤维板+20 mm间隔层+10 mm低碳钢背板的多层介质复合靶结构,单层陶瓷板由陶瓷小块黏结并经玻璃纤维层包裹而成,双层陶瓷板以超高分子量聚乙烯纤维板为背板支撑并与板后间隔层构成吸能夹层。通过采用质量为40 g、尺寸为?12.8 mm×40 mm的平头圆柱形弹体高速撞击靶板,获得弹体对该结构靶板侵彻的弹道极限。结果表明,40 g弹体对该多层介质复合结构靶板侵彻的弹道极限速度为1 628.5 m/s,各层结构抗弹作用结合良好,抗高速弹体侵彻性能显著。     

Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备及性能

采用模压烧结法制备Al/Fe_2O_3/聚四氟乙烯(PTFE)反应材料。通过万能实验机、落锤仪以及高速摄影仪对不同配比及烧结温度下成型Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料的准静态压缩力学特性及撞击感度进行了对比实验,对其发火性能进行了分析。结果显示,330℃烧结、PTFE含量为60%和70%的试件强度最高,最大真实应力达到46 MPa。350℃烧结、PTFE含量为40%的试件撞击感度最高,其特性落高H50为95 cm。Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料在受撞击发火的条件下会出现高温金属熔渣喷射现象。     

PTFE颗粒对齿轮钢锰系复合磷化膜性能的影响

以齿轮钢作基体制备锰系复合磷化膜,研究磷化液中PTFE颗粒质量浓度对磷化膜的微观形貌、耐蚀性、耐磨性及PTFE颗粒质量分数的影响.结果表明:PTFE颗粒起物理填充作用,对磷化膜的晶粒形态、尺寸及结合状态无影响.随PTFE颗粒质量浓度从0.015 kg/L增至0.09 kg/L,锰系复合磷化膜中PTFE颗粒质量分数先升后降,耐蚀性和耐磨性均明显提高而后下降.当PTFE颗粒的质量浓度为0.06 kg/L时,复合磷化膜中PTFE颗粒质量分数最高,达9.24％,大量PT?FE颗粒弥散分布在晶粒表面和晶粒间隙,可有效阻挡腐蚀介质侵蚀,在摩擦界面形成一层固体润滑膜,起较好减摩作用.该锰系复合磷化膜更适合作表面改性层,大幅度提高齿轮钢制件表面的耐蚀性和耐磨性.     

粉末冶金铍铝合金的显微组织和力学性能

通过室温拉伸试验和扫描电镜观察与分析,研究不同铍铝配比对粉末冶金铍铝合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着铍含量的增加,铝含量的降低,铍铝合金的弹性模量、抗拉强度、屈服强度显著升高,延伸率降低。合金的断裂模式受成分配比的影响不大,断裂是由铝相的韧窝断裂和铍相的解理断裂构成的混合型断裂。铍铝合金实质上是由纯铍和纯铝构成的颗粒增强复合材料,可通过不连续颗粒增强复合材料的唯象模型对不同铍铝配比铍铝合金的弹性模量及应力-应变响应进行较为准确的预测。     

7050/Gr复合材料的制备及性能研究

采用热压和粉末包套挤压方法制备7050和7050/Gr材料,测试力学性能和内耗性能,利用金相显微镜和透射电镜观察材料组织。结果表明:通过热压制备的7050/Gr复合材料力学性能很低;粉末包套挤压制备的7050/Gr复合材料随Gr含量提高,7050/Gr的强度、弹性模量下降,伸长率也降低;热处理后复合材料的强度大幅度提高,T6态时强度最高,7050/4Gr、7050/5Gr的抗拉强度和伸长率分别为535 MPa、9.5%和526 MPa、3.5%;内耗测试结果表明,7050/5Gr复合材料的内耗比7050合金的内耗高,它们的内耗值均随测试频率降低和测试温度升高而增加,7050/5Gr复合材料的内耗属动滞后型的复相型阻尼合金的内耗机制。     

Al粒径对富铝聚四氟乙烯基铝活性材料冲击反应性能的影响

为研究Al粒径对50％:50％质量比的富铝聚四氟乙烯基铝(PTFE/Al)活性材料在中高应变率下的冲击反应行为的影响,采用模压烧结成型法制备了50 nm、10μm、70μm、200μm 4种Al粒径的PTFE/Al活性材料试件.基于分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,利用高速摄像机拍摄不同应变率加载下PTFE/Al活性...     

PTFE/Al反应多层膜的制备及力学性能

以铝(Al)为可燃物质,聚四氟乙烯(PTFE)为氧化剂,利用射频磁控溅射法制备了不同厚度,交替沉积的PTFE/Al反应多层膜。采用原子力显微镜(AFM)、X-射线衍射仪(XRD)研究了溅射功率对薄膜表面形貌的影响规律,得到了PTFE/Al反应多层膜适宜的制备工艺,利用纳米压痕仪研究了PTFE/Al反应多层膜的力学性能。结果表明,当射频溅射功率分别为50 W和150 W时,制得的PTFE薄膜和Al薄膜的平均粗糙度与均方根粗糙度均较低。当PTFE/Al反应多层膜总厚度约为300 nm时,与相同厚度的纯PTFE膜和纯Al膜相比,PTFE/Al反应多层膜具有较高的硬度和弹性模量,分别为5.8 GPa和120.0 GPa。     

晶须含量对SiC_W／AI复合材料性能影响规律的研究

采用挤压铸造法制备了不同晶须含量的ＳｉＣ＿Ｗ／Ａｌ复合材料，并测试和分析了铝合金和不同晶须含量ＳｉＣ＿Ｗ／Ａｌ复合材料的力学和物理性能。结果表明，随晶须含量的增加，ＳｉＣ＿Ｗ／Ａｌ复合材料的抗拉强度和弹性模量明显提高，并且比强度和比刚度也有所提高；热膨胀系数和热传导率随晶须含量提高而降低，并且热传导率与热膨胀系数比值也略有降低。     

2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测

为研究不同结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能,提出一种2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测方法。通过非线性多尺度材料设计与分析,进行弯联结构和直联结构2.5维编织复合材料代表性体积元（RVE）模型的经向拉伸弹性性能仿真计算,对RVE模型进行经向拉伸弹性模量和经向拉伸破坏形式的预测。为校验该方法预测结果的准确性与合理性,对弯联和直联两种结构2.5维编织复合材料试样进行经向拉伸性能表征,并与仿真计算的预测结果进行对比分析。结果表明,非线性多尺度材料设计与分析方法能够比较准确地对直联结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性模量进行预测,同时能够对两种结构2.5维编织复合材料的拉伸断裂形式进行预测,这为设计和优化2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能提供了一种有效方法。     

基体特性对钨丝增强复合材料中剪切应力的影响

采用ANSYS程序计算研究脉冲加载下不同屈服强度、弹性模量基体对钨丝增强复合材料两相间剪切应力的变化特征。研究发现,在复合材料设计时应考虑基体力学特性对复合材料性能的影响。选择屈服强度高、弹性模量低的基体,可降低增强相钨丝中的剪切应力,在侵彻过程中有利于保持钨丝的完整性,从而提高侵彻能力。     

La2O3/Al2O3氧化物添加比对Csf/SiC复合材料力学特性的影响

利用热压烧结技术制备高致密度短碳纤维增韧碳化硅陶瓷基(Csf/SiC)复合材料。研究稀土氧化物添加比对烧结后Csf/SiC复合材料微观结构、力学特性和增韧机制的影响。结果表明:随着烧结助剂中La2O3含量增加,烧结后材料中SiC颗粒平均粒径减小,相对密度逐渐降低,而强度和韧性则先增加后降低;颗粒桥连、纤维拔出和裂纹偏转是该材料体系的主要增韧方式。     

基于改进Hashin-Shtrikman方法预测PBX有效弹性模量

高聚物黏结炸药(PBX)是一种颗粒高度填充的含能复合材料,其单质炸药晶体的体积百分含量通常达到了80%以上,采用经典的细观力学模型Hashin-Shtrikman界限法获得的PBX有效弹性模量与实验测试值存在较大误差.引入含有炸药密度参数的"界面结合修正系数",得到了一个改进的Hashin-Shtrikman模型.设计了三种密度的以TATB为基的PBX,测定了相应的弹性模量值,并确定了模型的修正系数为0.813(ρ/ρ_0)~(8.64)和0.296(ρ/ρ_0)~(8.68).分别利用经典的和改进的Hashin-Shtrikman模型计算了该型PBX的有效体积模量和有效剪切模量,同时与实验值进行了对比.结果表明:以TATB为基的PBX其有效弹性模量随密度的减小呈指数形式衰减,且体积模量与剪切模量随密度的影响程度几乎一致,其指数约为8.6;改进的Hashin-Shtrikman模型的预测结果与实验值的误差在1%左右;改进后的模型合理,拟合精度高,适合于对双组分PBX有效弹性模量的预测.     

聚合物在陶瓷及其复合材料制备中的应用

回顾了国内外近年来聚合物在陶瓷及其复合材料中的应用研究情况,重点阐述了聚合物在陶瓷粉体悬浮液流变行为、陶瓷材料和粉体制备、陶瓷浆料成型和聚合物/陶瓷复合材料等方面的应用研究及动向.结果表明,聚合物在陶瓷及其复合材料中具有非常重要的作用.