化学镀碳纤维增韧补强莫来石基复合材料的研究

通过化学镀方法，在碳纤维表面分别镀上Ni、Cu和Cu Ni镀层，以这种表面改性碳纤维与莫来石陶瓷复合，制备表面改性碳纤维增韧补强莫来石基复合材料，研究各种碳纤维的含量对复合材料的横向断裂强度、断裂韧度、尺寸变化率和孔隙度等的影响规律。结果表明，碳纤维可以显著地提高材料的性能，表面改性碳纤维可以进一步提高材料性能，尤其是铜镍复合镀碳纤维的效果更好，其横向断裂强度可达基体横向断裂强度的2．3倍，断裂韧度可达基体断裂韧度的3倍，增韧补强后的复合材料的尺寸变化率和孔隙率变化不大。     

MgO/HA复合材料的强韧化与冷处理

以多种不同粒径的MgO颗粒为第二相,以HA为基体,采用无压烧结法制备MgO/HA复合材料;研究MgO粒径与MgO/HA复合材料的抗弯强度和断裂韧性之间的关系,探讨冷处理对复合材料性能的影响。结果表明:添加适宜粒径的MgO颗粒能够提高HA复合材料的抗弯强度和断裂韧性,其断裂韧性可达基体断裂韧性的1.5倍,抗弯强度可达基体抗弯强度的1.29倍,MgO颗粒增韧的粒径范围为15～35μm,增强的粒径范围为<25μm。冷处理可以进一步提高复合材料的强度和韧性,而且可以改变增韧和增强的MgO粒径范围,使增强与增韧粒径的重叠范围变宽。     

原位合成莫来石柱状晶强化羟基磷灰石材料

以羟基磷灰石(HA)为基体,经硅溶胶表面包覆处理的Al2(SO4)3(AES)为第二相,采用原位反应合成法制备自生莫来石柱状晶增强羟基磷灰石材料。研究莫来石晶体的形成过程以及复合材料的相组成、微观形貌和力学性能。结果表明,添加AES可以提高HA的抗弯强度,经1 050℃烧结、含10%AES的复合材料抗弯强度可达71.21 MPa,比基体提高185%;硅溶胶在加热过程中结晶化转变的顺序是:800℃以下为非晶态,800~950℃晶化成方石英,950～1 100℃为方石英+磷石英;Al2(SO4)3与SiO2反应原位生成柱状莫来石,柱状莫来石可起到类纤维的增强作用使材料强度提高。     

熔石英基复合材料性能的研究

用热压烧结方法制得碳纤维与氮化硅颗粒复合补强增韧熔石英基复合材料,其熔石英基体保持非晶态,只有少量鳞石英析出。材料的抗弯强度达到１１３．７ＭＰａ,断裂韧性为１．５３ＭＰａ．ｍ＾１／２,补强增韧效果明显。     

稀土氧化物对羟基磷灰石力学性能和显微结构的影响

采用XRD,SEM及力学性能测试等方法研究添加稀土氧化物Y2O3、CeO2和(Y2O3+CeO2)对羟基磷灰石基复合材料的烧结温度、力学性能和显微结构的影响。结果表明,添加2%的稀土氧化物,可以降低烧结温度,改善显微结构,提高抗弯强度。尤其是添加2%的复合稀土氧化物(Y2O3+CeO2)后,羟基磷灰石基复合材料的抗弯强度达110 MPa,是未添加稀土氧化物的试样的1.29倍。其强度提高的主要原因是稀土元素的细晶强化和固溶强化等对基体的作用。     

无压烧结制备透辉石增韧补强氧化铝基结构陶瓷材料

采用温度梯度无压烧结工艺制备了透辉石增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料,探讨了其烧结致密化特性,对无压烧结后材料的硬度、断裂韧度和抗弯强度进行了测试和分析;分析了复合材料力学性能随透辉石含量变化的关系;探讨了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响.与纯Al2O3相比,透辉石/ Al2O3复合材料的力学性能得到明显提高,其中AD3[97% Al2O3 + 3%(体积分数)透辉石]综合力学性能较好,其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为15.57 GPa、417 MPa和5.2 MPa·m1/2.力学性能提高的主要原因是添加相与Al2O3基体之间界面反应的发生以及透辉石对复合材料的晶粒细化效应.     

ZrO2强韧化MoSi2复合材料显微结构和性能

通过对热压合成制备的ZrO2 MoSi2复合材料显微组织及其断口形貌分析,结合硬度、抗弯强度、断裂韧度等力学性能和孔隙率、晶粒度的测试,初步探讨了ZrO2颗粒强韧化MoSi2复合材料的机制。结果表明,复合材料中ZrO2粒子沿着MoSi2晶界偏聚,抑制MoSi2晶粒长大;复合材料断口晶粒细小,裂纹扩展曲折,呈现出沿晶与穿晶的混合型断裂特性;ZrO2颗粒通过第二相强化和细化晶粒使复合材料强度得到提高,通过细化晶粒、裂纹偏转和分支、形成微裂纹等机制的综合作用增韧复合材料。     

Q235钢表面氩弧熔覆MoNiSi/Ni_3Si金属硅化物复合涂层组织与性能研究

以Mo粉、Si粉、Ni粉为原料,采用氩弧熔覆技术在Q235钢基材表面原位合成了MoNiSi/Ni3Si金属硅化物复合涂层,分析和测试了涂层的显微组织、显微硬度和耐磨性.结果表明:在Q235钢表面成功制备了以MoNiSi/Ni3Si为基体,以金属硅化物MoNiSi为增强相的复合涂层.性能分析结果表明:涂层的显微硬度可达1 000HV,涂层耐磨性较基体提高12倍.     

凝胶注模法制备碳纤维/氮化硅复合材料的微观结构与力学性能

通过化学气相沉积在短碳纤维表面制备C/Si C复合涂层,然后采用凝胶注模法制备纤维体积分数分别为2%和4%的Cf/Si3N4复合材料,利用X射线衍射与扫描电镜对该材料的物相与组织结构进行分析,研究短碳纤维对Si3N4陶瓷力学性能的影响。结果表明:随碳纤维体积分数增加,Cf/Si3N4复合材料的密度和抗弯强度降低,但断裂韧性明显提高。当纤维体积分数为4%时,材料的断裂韧性达到8.91 MPa·m1/2,比氮化硅陶瓷提高1.6倍,材料主要由长柱状的β-Si3N4基体、C/Si C涂层及碳纤维组成,碳纤维表面的C/Si C双涂层可防止高温下碳纤维与氮化硅基体发生反应,使碳纤维与氮化硅基体界面结合良好,以提高材料韧性并保证有合适的强度,满足功能材料在一定条件下的使用要求。     

SiC和Ti(C,N)颗粒弥散陶瓷材料的力学性能与微观结构

采用热压工艺制得SiC和Ti(C,N)双相弥散Al2O3基陶瓷复合材料，该材料具有较高的抗弯强度、断裂韧度和硬度。研究表明：只有在合适的热压工艺和组分条件下才能获得良好的微观结构与力学性能。该陶瓷复合材料的增韧机制主要是裂纹桥联、裂统偏转和颗粒拔出。此外，大量孪晶和位错的存在在对材料的增韧补强也有所贡献。     

石墨鳞片表面镀铬对石墨鳞片/铜复合材料组织和性能的影响

通过盐浴镀覆在石墨鳞片表面镀铬，随后采用真空热压烧结技术制备了镀铬石墨鳞片/铜复合材料，研究了铬镀层的表面形貌和物相组成，并分析了铬镀层对石墨鳞片/铜复合材料显微结构和性能的影响。结果表明，盐浴镀铬层主要由Cr₃C₂和Cr₇C₃组成，经热压烧结后Cr₇C₃与石墨反应生成了Cr₃C₂；石墨鳞片表面镀铬可以明显减少石墨鳞片/铜复合材料界面处的孔隙，提高复合材料的热导率和抗弯强度，与未镀覆的复合材料相比，当镀铬石墨鳞片的体积分数为60%时，复合材料平面热导率相从594 W·m-1·K-1提高至625 W·m-1·K-1，抗弯强度提升65%。     

ACF/CNT复合材料的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以硝酸镍为催化剂前驱体,C2H2为碳源,H2为还原气,N2为载气,采用化学气相沉积法(CVD)在活性炭纤维(ACFs)毡体的纤维表面催化生长碳纳米管(CNTs),制备ACF/CNT复合材料。经测定,所制复合材料比表面积可达62.56 m2/g;扫描电镜分析表明,CNTs在ACFs表面分布均匀而致密,经过表面修饰可以作为1种良好的吸附材料。选择低浓度的六价铬(Cr(Ⅵ))溶液进行吸附研究,考察振荡时间、溶液pH值以及溶液的初始浓度等因素对吸附行为的影响。实验结果表明,初始Cr(Ⅵ)浓度为1 mg/L,在25℃时,随着振荡时间的增长溶液中Cr(Ⅵ)的脱除率逐渐增加,在150 min时达到最大值49.48%。溶液中Cr(Ⅵ)的脱除率随着pH的减小而增大,当pH值为2.0时脱除率达91.50%,对Cr(Ⅵ)的吸附量随着溶液初始浓度的增加而增大,但是当初始浓度到达5.0 mg/L时,脱除效率到达最大值后开始降低。并对ACF/CNT复合材料的吸附机制进行了探讨。     

纤维分散对C/C-SiC复合材料力学性能的影响

利用温压-原位反应法制备短炭纤维增强C/C-SiC复合材料,研究纤维分散对复合材料力学性能的影响.结果表明: 利用分散短炭纤维制备的C/C-SiC复合材料,其抗弯强度和抗压强度分别达到56.6MPa和89.3MPa.该材料纤维之间孔隙少,纤维与基体接合界面多,弯曲时有纤维拔出,为假塑性断裂行为.压缩时无纤维拔出,为脆性断裂行为.最后,利用LI V C提出的束丝数学模型证明了纤维分散有利于提高C/C-SiC复合材料的力学性能.     

界面改性对SiCp/Cu复合材料力学性能的影响

研究了界面改性对SiC颗粒增强Cu基复合材料力学性能和断裂机制的影响。结果表明：经过SiC颗粒表面涂层处理后，可在复合材料中获得干净、紧密的界面结合。通过复合材料界面优化，可在基体和增强物之间有效传递载荷，减少了拉伸变形时的界面脱粘，从而提高了复合材料的屈服强度、抗拉强度和断裂延伸率。     

Effects of SiCp reinforcement by electroless copper plating on properties of Cu/SiCp composites

Abstract

Silicon carbide reinforced copper matrix composites containing 50–80 vol.-%SiC_p were fabricated by hot pressing copper coated SiC_p powder. The results show that the densification, thermal expansion coefficients, flexural strength, and thermal conductivity of Cu/SiC_p composites reinforced by electroless copper plating and their corrosion resistance in 5%NaCl solution are better than those without electroless plating. Physical properties and flexural strength of the composites decrease with an increase in SiC_p content, whereas the corrosion resistance increases with an increase in SiC_p volume fraction. By observing the fracture surface after a flexural test, it can be seen there are two types of fracture model: the cracking of Cu/SiC_p interface and the pulling out of SiC_p particles. The experiment also proved that the bonding strength of the Cu/SiC_p interface and the pressure of the hot pressing operation are the two main factors which influence the fracture of these composites.     

Surface Characteristics of Rare Earth Treated Carbon Fibers and Interfacial Properties of Composites

Effect of rare earth treatment on surface physicochemical properties of carbon fibers and interfacial properties of carbon fiber/epoxy composites was investigated, and the interfacial adhesion mechanism of treated carbon fiber/epoxy composite was analyzed. It was found that rare earth treatment led to an increase of fiber surface roughness, improvement of oxygeaa-containing groups, and introduction of rare earth element on the carbon fiber surface. As a result, coordination linkages between fibers and rare earth, and between rare earth and resin matrix were formed separately, thereby the interlaminar shear strength （ILSS） of composites increased, which indicated the improvement of the interfacial adhesion between fibers and matrix resin resulting from the increase of carboxyl and carbonyl.     

碳纳米管表面改性工艺参数优化试验研究

利用超声分散法对团聚的原始碳纳米管分散处理后,通过酸化、敏化、活化等步骤对其进行表面改性处理,采用表面化学镀在其表面镀覆镍层,并进行热处理.研究了碳纳米管的分散、表面改性和镀镍工艺对镀层质量的影响.实验结果表明:在乙醇溶液中,利用分散剂进行超声分散可以明显改善碳纳米管之间的团聚状况;经过酸化、敏化、活化处理后其表面可形成密集的活化点;镀镍温度在20℃左右,pH值约8.2时,所得镀层较为均匀,经410℃保温2h的热处理后,镀层变得光滑、连续、致密,镀层的厚度为12～20nm.     

The effects of ultrasonic vibration on mechanical properties of tungsten particle-reinforced copper-matrix composites

W-Cu micro-powder mixtures usually have poor sinterability due to the relatively low solubility of W in both solid and liquid Cu. In fabricating W-Cu composites, an electroless copper plating process is often used to coat Cu on the W particle surface prior to the sintering process. Due to their small size W particles tend to agglomerate during the plating process, hence the individual particle may not be properly coated with Cu. In this study, ultrasonic vibration is applied in the electroless plating process to break up the agglomerations and restrain the powders from gathering, ensuring a uniform deposition of the Cu on individual W particle. W-Cu composite samples containing pure Cu and 6, 9 and 12 wt-% of Cu-coated W particles, respectively, are fabricated using a standard powder metallurgy technique. It is shown that the application of ultrasonic vibration in the activation and deposition steps of the electroless copper plating process prevents W powder agglomeration and ensures that each W particle is coated with Cu. As a result, the mechanical properties of the W-Cu composites are significantly improved. It is found that the optimal tensile strength and yield strength are obtained using a W reinforcement phase content of 9 wt-%.     

石墨烯化学镀铜及其对石墨烯/铜基复合材料组织性能的影响

以还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,RGO）和CuSO₄·5H₂O为主要原料,通过化学镀法得到铜包覆RGO复合粉体,再与铜粉混合得到含有不同质量分数RGO（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）的RGO/Cu粉末混合料,经压制及烧结得到RGO/Cu复合材料。通过X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）、拉曼光谱仪（Raman spectroscopy,RS）和场发射扫描电镜（field emission scanning electron microscope,FESEM）等对RGO/Cu复合材料的微观组织和相关性能进行测试分析,并与由未镀铜处理的RGO所制备的RGO/Cu复合材料的组织性能进行对比。结果表明,经化学镀处理的RGO在RGO/Cu复合材料中分布较均匀,而未镀铜处理的RGO在基体中发生明显的团聚。RGO/Cu复合材料的导电导热性随石墨烯加入量的增加有所下降,但石墨烯的加入可有效提高RGO/Cu复合材料的力学性能,且由镀铜RGO所制备的RGO/Cu复合材料的性能要优于由未处理RGO所制备的RGO/Cu复合材料的性能。此外,RGO加入量对复合材料性能也有明显影响,当添加RGO质量分数为0.4%时,由镀铜RGO所制备的RGO/Cu复合材料的综合性能达到最好,其电导率达95.01% IACS,热导率达415.5W·（m·K）-1,而压缩屈服强度和抗拉强度分别为156.73 MPa和268.62 MPa,较相同工艺条件制备的纯铜的屈服强度（75 MPa）和抗拉强度（234.64 MPa）提升了109%和14.48%。