压力对碳纤维-铜-石墨复合材料电磨损性能的影响

研究了在电磨损条件下, 压力变化对复合材料磨损性能的影响。结果表明:在纯机械磨损、电磨损条件下, 复合材料的磨损量均随磨损时间线性增大;在纯机械磨损时, 复合材料的磨损量与压力成正比, 而在电磨损条件下, 复合材料的电磨损量随压力的增加呈U 形变化;复合材料的电磨损与极性有关, 正刷的磨损量大于负刷。     

复合材料及其在煤矿中的应用前景

1990年6月中旬,“第一届欧州东西方材料与加工会议”在赫尔辛基举行,有38个国家和地区的730多名代表与会,除东西欧国家外,还有来自美国、日本和中国的代表。会议上对复合材料给予了足够重视。 复合材料已逐渐地代替了传统材料,在航天、航空、造船、建筑、汽车,化工、矿业、电子以及其它一些工业部门得到了日益广泛的应用。可以预言,21世纪复合材料将全面进入工业部门和我们的日常生活中,人类将跨入复合材料的时代。 根据目前发展的状况,复合材料主要可分为结构复合材料和功能复合材料。煤矿中应用的主要是结构复合材料,其分类有:①按基体材料有:金属基复合材料,树脂基复合材料,陶瓷基复合材料,橡胶基复合材料,碳/碳基复合材料,水泥基复合材料;②按增强材料形状分为:颗粒增强复合材料,纤维增强复合材料;③按纤维长短分:连续纤维增强复合材料,非连续纤维增强复合材料;④按应用情况是:工程复合材料,先进复合材料,混杂复合材料:⑤按复合形式有:层合结构复合材料和缠绕式结构复合材料。     

热等静压烧结制备Ti/Al3Ti金属间化合物层状复合材料的微观结构和性能

Ti/Al3Ti金属间化合物层状复合材料因其本身具有高比弹性模量、低密度、高比强度、抗蠕变能力强、抗氧化能力强、耐高温等优异的性质,在航天精密零部件、装甲防弹、现代武器、汽车工业等领域广泛应用。利用热等静压烧结工艺制备了Ti/Al₃Ti金属间化合物层状复合材料,对复合材料的微观结构、显微硬度、压缩性能、拉伸性能进行了探究。结果表明：在保温700 ℃、压力为150 MPa条件下,烧结得到的复合材料无明显缺陷、界面结合良好;复合材料的硬度值呈周期性变化,Ti层在300 HV左右、Al₃Ti层在530—600 HV之间、中心线处在530—540 HV之间;Ti层的引入对复合材料整体韧性有所提升,在静态压缩测试中垂直于叠层方向的平均最大抗压强度为1 185.1 MPa、平行于叠层方向为894.6 MPa,在静态拉伸测试中最大抗拉强度为281.7 MPa。说明,采用热等静压烧结工艺制备的Ti/Al₃Ti金属间化合物层状复合材料具有优异的力学性能。     

不同SiC含量注射成形SiCP/Cu复合材料的显微组织与力学性能

采用粉末注射成形工艺成形了SiCP/Cu复合材料,再采用溶剂脱脂、热脱脂和烧结的工艺制备了复合材料试样。研究了成形过程中复合材料显微组织的变化,并研究了烧结后的显微组织、力学性能、磨损性能。研究结果表明：SiCP/Cu复合材料在1050°C且在H2保护下烧结状况良好;复合材料的抗拉强度取决于SiC颗粒的体积分数以及其在基体中的分布状况;SiC含量为5vol.%和10vol.%,微裂纹萌生于SiC颗粒与基体的界面处;SiC含量为15vol.%,微裂纹萌生于SiC颗粒与基体。SiC体积分数为5%、10％、15％的SiCP/Cu复合材料的抗拉强度分别为254MPa、 291 MPa和278MPa。复合材料的力学性能随SiC含量的升高先升高后降低,而其磨损性能随SiC含量的增加而增加。     

光致异构分子修饰改性富勒烯复合材料的合成及性能研究

C₆₀富勒烯为零维碳纳米材料,具有笼状空间结构和优异物化特性（如超导、光催化等）,在能源、电子、医药及太阳能等领域中具有极大应用潜力。然而,C₆₀自身特殊的分子结构决定了其本征较差的溶解性和加工性能,限制了其实际应用。因此,高效的表面修饰和表面功能化成为C₆₀复合材料当今的研究热点。针对传统C₆₀复合材料制备方法需要使用有机溶剂、产率不高的现状,提出了一种简便的水相合成法,即通过表面羟基化和自由基加成反应,合成具有光敏特性的偶氮苯分子修饰的富勒烯复合材料AZOC-FC₆₀。利用红外光谱、X射线光电子能谱、紫外可见光谱等技术,对复合材料的结构和光致异构特性进行表征。结果表明,AZOC-FC₆₀复合材料中,AZOC与FC₆₀为共价接枝方式,AZOC分子的功能密度约为1∶41（即每41个C原子接枝1个AZOC分子）,使AZOC-FC₆₀复合材料具有较高的功能密度。AZOC-FC₆₀复合材料的结构与FC₆₀类似,为球状团聚结构,但其表面凹凸不平,这是由于AZOC接枝在FC₆₀表面所导致。通过增强分子间相互作用,提高了AZOC-FC₆₀复合材料的光响应特性和结构稳定性,使其回复半衰期提高了4个数量级。综上研究,开发了一种工艺简便的富勒烯复合材料的水相合成法,极大拓展了该复合材料在光热存储/光催化等领域中的应用潜力。     

玻璃纤维强化Ti/Al3Ti层状复合材料的方法与性能研究

利用真空热压烧结工艺,以一种新型的材料排列方式（复合材料前半部分为Ti/Al₃Ti层状复合材料,后半部分在Ti/Al₃Ti层之间扦插玻璃纤维）,成功利用玻璃纤维强化Ti/Al₃Ti层状复合材料。在同样的工艺条件下,通过改变玻璃纤维的层数（玻璃纤维的体积分数）,探究玻璃纤维的层数对复合材料静态压缩性能、静态拉伸性能的影响。研究结果表明：随着玻璃纤维层数的增加,复合材料的静态压缩性能与静态拉伸性能都有提升,但不是简单的正相关,而是前期提升效果明显,后期提升效果不明显;同时,复合材料的静态压缩性能在沿垂直于叠层方向测试时,提升效果要比沿平行于叠层方向测试时明显。     

树脂基磁性复合材料的软磁性能研究

研究了非晶粉体的退火温度、纳米晶粉体的含量及复合材料的退火温度对复合材料起始磁导率iμ和电感L的影响。结果表明:以经550℃×0.5 h退火的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9纳米晶粉体为组元的复合材料的起始磁导率最大,电感最大;随着纳米晶粉体含量的增加,复合材料的起始磁导率增大,电感增大;去应力退火可以提高复合材料的起始磁导率。     

碳纤维增强铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能研究

采用无压熔渗工艺制备了碳纤维增强铜基自润滑复合材料。采用偏光显微镜和扫描电镜观察了材料的组织形貌,研究了热解碳含量对材料物理性能的影响,并探讨了往复运动模式下材料的摩擦磨损性能及磨损机制。研究结果表明:含钛锡青铜熔融合金液体可充分渗入碳纤维多孔预制体中,复合材料成分均匀;随热解碳体积含量增加,复合材料密度、硬度及摩擦系数减小,磨损率升高;材料表面摩擦膜的形成和脱落是造成复合材料磨损加剧的原因;碳纤维增强铜基自润滑复合材料在往复运动模式下的摩擦磨损机制主要为磨粒磨损并伴随氧化磨损。     

炭/炭复合材料石墨化度的研究进展

从炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征、石墨化度的影响因素以及石墨化度对复合材料性能的影响3个方面,对炭/炭复合材料石墨化度的研究现状进行了叙述和评价。指出炭/炭复合材料石墨化度的测量和表征迄今尚无公认、统一的标准;认为有必要系统地跟踪、分析、研究炭/炭复合材料中各组元及其界面在石墨化过程中的变化,以及由此带来的对材料宏观性能的影响。     

复合材料柱鞋的研发及结构优化

根据柱鞋标准建立复合材料柱鞋的物理模型;使用SimulationXpress进行仿真试验、结构优化;制做实物模型、进行实物模型性能试验;进行了现场试验。经过仿真试验、实物模型试验、现场试验结果比较,仿真与实际基本相符;研究表明在满足使用条件要求前提下,可实现将复合材料柱鞋重量控制在金属柱鞋重量的1/2。     

石墨烯-铜基复合材料的原位合成制备、组织及性能研究

采用旋转化学气相沉积法和真空热压烧结工艺原位制备了综合性能优良的石墨烯-铜基复合材料。利用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和光学显微镜等仪器, 并通过测试材料维氏硬度、导电性和导热性, 分析了复合粉体的结构和形貌以及石墨烯添加对复合材料组织和性能的影响。结果表明, 在旋转化学气相沉积过程中, 通过改变甲烷气体的浓度(由0.17%提高到0.67%), 结合真空热压烧结工艺, 成功制备出石墨烯含量为0.015%和0.026%的铜基复合材料。2种复合材料均接近完全致密(≥99.0%); 铜基体晶粒尺寸由于石墨烯的添加而明显细化:纯铜块体材料的平均晶粒直径约为46.8 μm, 而石墨烯含量为0.015％和0.026%的复合材料的平均晶粒直径分别为22.7和17.9 μm; 复合材料的硬度显著提高, 相比纯铜样品均增长了约30%; 随着石墨烯含量增加, 复合材料导电性和导热性逐渐降低, 但下降幅度较小, 与纯铜样品接近。     

ZTAp/Fe45复合材料的强韧性研究

材料的强韧性与材料的耐磨性密切相关。本文研究了氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒(ZTA p )增强金属基复合材料的强度、韧性以及断裂机理,为改善ZTA p增强金属基复合材料耐磨性提供参考依据。首先通过真空烧结技术制备了不同粒径与不同体积分数的ZTA p / Fe45复合材料,测试了复合材料的拉伸性能、弯曲性能与冲击韧性,采用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的断口,分析了复合材料的断裂机制。结果表明:ZTA p的加入使复合材料的强度降低、韧性提高。随着ZTA p 体积分数增加,复合材料的抗弯强度逐渐降低;ZTA p 粒径增大,复合材料的冲击韧性先增加后降低,ZTA p 粒径为2. 0mm 与2. 5mm(F14与F12)复合材料的冲击韧性高于Fe45 基体。ZTA p / Fe45复合材料的断口为脆性断裂,其中Fe45基体的断裂机理为解理断裂;ZTA p主要有2种失效形式:颗粒断裂和颗粒脱粘拔出。     

PP/硅灰石/POE复合材料的性能研究

采用熔融共混工艺制备聚丙烯/硅灰石/聚烯烃弹性体(PP/硅灰石/POE)复合材料,研究硅灰石填充量、POE用量、硅灰石长径比对复合材料力学性能、加工性能的影响.结果表明:硅灰石填充量增加.复合材料的弯曲强度和熔体流动速率增加.冲击强度和洛氏硬度降低;随着POE用量的增加,复合材料的冲击强度增加,拉伸和弯曲强度降低;长径比高的复合材料的缺口冲击强度和熔体流动速率大.     

“三明治”结构复合材料的超高速撞击行为

紧凑型“三明治”结构复合材料在航空航天领域中具有广泛的应用前景.设计了三种由软/硬材料组合而成的“三明治”结构复合材料,即TiB₂/2024+Al结构复合材料,2D-M40_f/5A06+Al结构复合材料和2D-M40_f+2D-Ti_f/5A06结构复合材料.利用二级轻气炮、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等多种手段,系统地研究了这三种“三明治”结构复合材料薄靶在撞击速度为2.5 km/s及粒子直径为0.8~2.0 mm时的抗高速撞击能力、靶板宏观损伤特征,通过破坏特点各异的“三明治”结构复合材料的平均吸能能力评判抗高速撞击能力.结果表明,“三明治”结构复合材料抗高速撞击能力都比对应的单一材料的好,其最大吸能的高低顺序依次为TiB₂/2024+Al结构复合材料>2D-M40_f/5A06+Al结构复合材料>2D-M40_f+2D-Ti_f/5A06结构复合材料.     

超声搅拌法制备SiCp/A356复合材料耐磨性的研究

采用超声搅拌铸造法制备了SiC/A356复合材料,研究了颗粒含量、不同载荷、不同转速对材料耐磨性的影响。实验结果表明,SiC/A356复合材料耐磨性显著优于基体,8vol%SiC/A356复合材料的耐磨性最好是基体材料的2倍;SiC/A356和基体两种材料的磨损率均随着载荷和转速的增加而增大,其中基体的磨损率变化较为明显,但两种材料转速的磨损率曲线斜率远小于载荷对其的影响;在稳定摩擦磨损阶段,复合材料的摩擦系数大于基体合金材料。     

魔芋接枝丙烯酸/高岭土复合材料的释药性能

以水溶液聚合法制备了魔芋接枝丙烯酸/高岭土复合材料。正交试验分析结果表明:在高岭土用量为20%、反应温度为80℃、丙烯酸中和度为70%、N,N-亚甲基双丙烯酰胺用量为0.06%、过硫酸钾用量为0.6%的条件下,制备的魔芋接枝丙烯酸/高岭土复合材料吸蒸馏水倍率最高,为723.3 g/g。以布洛芬为模型药物,研究了不同p H值的缓冲溶液中载药复合材料的释药性能,结果表明:载药复合材料在p H值为7.4的缓冲溶液中的累积释药百分数明显高于p H值为1.2时,为76.47%。利用Ritger-peppas公式模型对复合材料释药性能进行拟合,复合材料对布洛芬的释放机理符合Fick扩散。红外光谱(FTIR)表明:魔芋、丙烯酸、高岭土和布洛芬发生了相互作用,共同参与了接枝聚合反应;扫描电子显微镜(SEM)分析表明:布洛芬已经负载在魔芋接枝丙烯酸/高岭土复合材料中。     

网络互穿结构复合材料的制备及其性能

网络互穿结构复合材料的基体与增强相在整个材料中形成各自的三维连续网络并且互相缠绕,该结构可充分发挥各组成相各自的优势,以获得最佳的综合性能,它已成为最新的研究热点.本文总结了网络互穿结构复合材料及其预制件的制备工艺方面的研究现状,并且指出了各种工艺的特点.评述了网络互穿结构复合材料的组织特征;着重介绍了网络互穿复合材料在力学性能、热学性能、摩擦学性能等方面的研究成果.     

铜-二硫化钼复合材料的显微组织与性能研究

采用粉末冶金法在H2保护气氛下制备Cu-MoS2复合材料,对其进行物相分析和显微组织观察.通过测试密度、硬度、抗弯强度及电阻率,研究MoS2含量变化对复合材料组织与性能的影响.结果表明,MoS2含量不同,烧结产物发生变化,对复合材料的组织与性能影响较大.在烧结过程中,MoS2与基体发生反应,生成铜钼硫化合物、Cu的硫化物和金属Mo.复合材料中物相分散均匀,随MoS2含量增加,基体铜相不断减少,化合物增多,金属Mo弥散镶嵌其中;材料的密度不断减小;随MoS2含量增加,硬度先增后减,再回升;抗弯强度总体呈下降趋势;电阻率明显增大.     

W/Ti含量对钢铁基复合材料微观组织和相变的影响规律

以Fe、Ti、W和石墨粉为原料,采用真空烧结技术制备铁基复合材料。通过改变粉末中的W/Ti原子比,探究其对复合材料组织和相变的影响规律。结果表明：球磨后的粉末活性有所增加,并出现Ti_xW_1-x不稳定过渡相;材料的相变反应温度会随着粉末中W含量增加而升高,DSC曲线尖锐的放热峰会逐渐变宽、变缓,剧烈的反应得到控制;粉末经烧结后会生成TiC、WC和Ti₄WC₅等增强相,当粉末的W/Ti比从2∶8增加至4∶6时,反应产物中3种增强相的占比从84.09%增加至93.07%,生成物中WC的占比从32.45%迅速增加到78.5%。此外,由于复合材料组织中多种物相的存在,彼此间的取向差异会引起组织中出现微应变。随着粉末中W/Ti比的增加,复合材料组织中的微应变逐渐增大;与粉末W/Ti比为2∶8制得的复合材料相比,粉末的W/Ti比为4∶6时制备的复合材料组织中的微应变提高了2.84倍。因此,通过调节W/Ti含量可实现对钢铁基复合材料微观组织和增强相的优化。     

NbC含量对烧结NbC/ASP2080高速钢复合材料组织及性能的影响

为了提升高速钢的红硬性及韧性,通过粉末球磨(碳化物及金属粉末)加真空烧结工艺制备了不同含量的NbC颗粒增强ASP2080高速钢复合材料。利用XRD、SEM、EDS、万能拉伸试验机等对NbC/ASP2080高速钢复合材料的微观组织及力学性能进行了表征分析。结果表明：NbC的添加不会改变复合材料的相结构,并且随着NbC含量的增加,热处理态复合材料的基体晶粒尺寸明显减小;热处理能显著提升复合材料的硬度、抗弯强度及冲击韧性;热处理态复合材料的硬度、抗弯强度及冲击韧性随着NbC含量的增加均出现先增大后减小的趋势。NbC含量为4%时的热处理态复合材料拥有最佳的综合性能,其平均晶粒尺寸为6.52μm,硬度、抗弯强度和冲击韧性分别为71.7 HRC、825.3 MPa、6.75 J/cm²。