SPD法顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料綜述

碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料

為研究粉末冶金制備的碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料(sicp/al)中sicp含量對(duì)材料機(jī)械性能的影響,使用彈性波法測(cè)量了sicp含量不同的標(biāo)準(zhǔn)試樣的彈性常數(shù)矩陣.利用christoffel方程建立了橫觀各向同性材料波速與彈性常數(shù)之間的關(guān)系,介紹了水浸斜入射法測(cè)量準(zhǔn)橫波和準(zhǔn)縱波波速的基本原理和測(cè)量過(guò)程,基于上述原理進(jìn)行了試驗(yàn),計(jì)算出了被測(cè)試件的彈性常數(shù).結(jié)果表明,sicp/al沿?cái)D壓方向的機(jī)械性能最高,并且隨著sicp含量的增加,彈性常數(shù)變大,材料的強(qiáng)度升高.

以sicp/6066al復(fù)合材料為例,計(jì)算和分析了界面性能參數(shù)(界面/基體模量比、界面泊松比和界面體積含量)及細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)(顆粒形狀、排列方式和尺寸變化方式)對(duì)顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料彈性模量的影響.結(jié)果表明:組分性能與界面性能對(duì)復(fù)合材料的彈性模量影響顯著,細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響不明顯,在工程應(yīng)用中可以忽略細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響.在保證復(fù)合材料延伸率的前提下,最有效增加復(fù)合材料彈性模量的途徑是改善復(fù)合材料的界面結(jié)合情況.當(dāng)界面模量為基體模量的20%~30%時(shí)即可獲得滿意的增強(qiáng)效果.

通過(guò)粉末冶金真空熱壓燒結(jié)法制備雙尺度(納米、微米)混雜sic顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,研究不同燒結(jié)溫度和壓力對(duì)復(fù)合材料的組織、密度、硬度及耐磨性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:sic顆粒在復(fù)合材料基體中分布均勻,基體與增強(qiáng)體界面結(jié)合較好。隨著燒結(jié)溫度和壓力的增高,復(fù)合材料的致密度、硬度、耐磨性均先增大后減小,最佳燒結(jié)溫度和壓力分別為460℃和30mpa,微納米混雜顆粒增強(qiáng)、單一微米顆粒增強(qiáng)、單一納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的硬度分別是76.6hv、70.7hv、62.75hv,比基體分別提高52.4%、40.6%、24.8%,耐磨性分別是基體的2.22倍、1.71倍、1.42倍。

顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料研究進(jìn)展

為了制備晶粒細(xì)小、組織均勻的復(fù)合材料,提高材料的力學(xué)性能,用攪拌摩擦加工法制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,并對(duì)不同碳納米管含量的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、拉伸性能及斷口形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明:碳納米管添加到鋁基體中,攪拌摩擦中心區(qū)晶粒細(xì)小,碳納米管與基體之間結(jié)合良好,未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷;碳納米管對(duì)基材有明顯的強(qiáng)化作用,鋁基復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度隨著碳納米管含量的增加而提高;碳納米管體積分?jǐn)?shù)為7%時(shí),抗拉強(qiáng)度達(dá)到201mpa,是基材的2.2倍;復(fù)合材料在宏觀上呈現(xiàn)脆性斷裂特征,微觀上呈現(xiàn)韌性斷裂特征,其斷裂機(jī)制以cnts/al界面脫粘、基體撕裂和增強(qiáng)體斷裂為主。

鋁基復(fù)合材料

鋁基復(fù)合材料在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用,原位強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料具有其增強(qiáng)相與基體界面結(jié)合良好,增強(qiáng)相細(xì)小且不易發(fā)生顆粒偏聚等優(yōu)點(diǎn)。本文討論了原位強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料中常見(jiàn)的強(qiáng)化相以及制備方法,對(duì)制備中存在的一些共性問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié),同時(shí)預(yù)測(cè)了原位強(qiáng)化的鋁基復(fù)合材料的未來(lái)發(fā)展方向。

鋁基復(fù)合材料.-關(guān)于鋁基復(fù)合材料的論文

本文綜述了國(guó)內(nèi)外有關(guān)硅酸鋁短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究及應(yīng)用的最新進(jìn)展，并對(duì)鋁基復(fù)合材料的組成、制備工藝、界面反應(yīng)及其各項(xiàng)性能等做了綜合分析、比較，同時(shí)指出鋁基復(fù)合材料進(jìn)一步向市場(chǎng)化發(fā)展急待解決的問(wèn)題。

用擠壓鑄造法制備了氧化鋁短纖維增強(qiáng)鋁合金內(nèi)燃機(jī)活塞。對(duì)比了基體合金復(fù)合材料在不同溫度下的抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率。結(jié)果表明,在高溫環(huán)境下,復(fù)合材料體現(xiàn)出了抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。用金相顯微鏡觀察了基體合金及復(fù)合材料的金相組織,發(fā)現(xiàn)界面結(jié)合良好。用sem觀察了復(fù)合材料的斷口形貌發(fā)現(xiàn),隨著溫度升高,復(fù)合材料伸長(zhǎng)率的提高在一定程度上能夠緩和拉伸時(shí)在界面處形成的高應(yīng)力,從而表現(xiàn)出強(qiáng)界面結(jié)合,增強(qiáng)效果明顯。

采用壓力鑄造法，制得ａｌ２ｏ３ｓｉｏ２短纖維增強(qiáng)的鋁合金復(fù)合材料，對(duì)其彎曲疲勞性能進(jìn)行了測(cè)試，并詳細(xì)觀察了疲勞裂紋的形成及擴(kuò)展方式。結(jié)果表明：ａｌ２ｏ３ｓｉｏ２ｆ／ｚｌ１０８復(fù)合材料存在多種疲勞源；疲勞裂紋的擴(kuò)展是通過(guò)主裂紋與裂尖前方孔洞的相互聯(lián)接而進(jìn)行的，是不連續(xù)的，沿著纖維及渣球密集的路徑擴(kuò)展；疲勞過(guò)程中主裂紋的形成消耗了大部分的疲勞壽命，一旦主裂紋形成就快速擴(kuò)展瞬間斷裂。該復(fù)合材料的斷裂宏觀上是脆性的，但微觀上顯示出塑性的特征。

由于frp材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)、便于施工、工期短、耐抗腐蝕性強(qiáng)、對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響小等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)己廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固、補(bǔ)強(qiáng)等方面。本文簡(jiǎn)要介紹了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料frp加固的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì),研究了frp約束普通混凝土柱及高強(qiáng)混凝土柱的發(fā)展現(xiàn)狀及目前存在的問(wèn)題。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(frp)加固高強(qiáng)混凝土有著廣闊的發(fā)展前景。

塑料逐步取代了一些傳統(tǒng)材料，如金覆等。在這一過(guò)程中，纖維增強(qiáng)材料的使用推動(dòng)了這一趨勢(shì)的進(jìn)一步發(fā)展。本文闡述了纖維怎樣與塑料更有效地復(fù)合。

利用mts810材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)體積含量為3%的tic顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料tp-650及基體鈦合金進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn),獲得了材料彈塑性變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線。結(jié)果表明,復(fù)合材料及基體材料達(dá)到屈服后,直至材料的迅速失效,幾乎沒(méi)有應(yīng)變硬化效應(yīng)。由斷口分析可以看出,tp-650斷口平齊,無(wú)頸縮現(xiàn)象,斷口無(wú)韌窩,呈明顯的脆性斷裂特征,顆粒與基體界面有明顯的脫粘現(xiàn)象。最后,基于mori-tanaka平均場(chǎng)理論和割線模量法討論了顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料tp-650的彈塑性性能,理論預(yù)測(cè)與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

含Cu界面層碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備工藝及其力學(xué)性能

為解決攪拌鑄造法制備的碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料氣孔率過(guò)高對(duì)材料性能的破壞問(wèn)題,在熔體攪拌混合結(jié)束后,增加真空除氣的工藝減少?gòu)?fù)合材料中的氣體。采用阿基米德法測(cè)量了復(fù)合材料鑄錠的相對(duì)密度,研究了碳纖維增強(qiáng)a356合金基復(fù)合材料熔體在0.03mpa的真空度下,真空爐溫度、除氣時(shí)間對(duì)復(fù)合材料鑄錠致密度的影響。結(jié)果表明,當(dāng)爐溫為700℃、除氣2min,即可將復(fù)合材料鑄錠的氣孔率降低至2%以下。通過(guò)掃描電鏡觀察了復(fù)合材料鑄錠的組織,結(jié)果顯示界面完好,未發(fā)現(xiàn)氣孔。

通過(guò)溶膠-凝膠法,采用含有機(jī)添加劑的正硅酸乙酯醇溶液,經(jīng)二次水解、縮聚、干燥和燒結(jié)在碳纖維表面形成均勻sio2涂層。該涂層改善了碳纖維與鎂合金基體的潤(rùn)濕性,實(shí)現(xiàn)了低壓液相浸滲制備c/mg復(fù)合材料,并提高了復(fù)合材料的阻尼性能。

通過(guò)模擬顆粒隨機(jī)分布的復(fù)合材料,應(yīng)用均勻化方法預(yù)測(cè)出材料的宏觀等效彈性性能,研究其統(tǒng)計(jì)特性,探討顆粒大小、分布和幾何形狀的變化對(duì)材料等效彈性性能的影響。結(jié)果表明:所取代表體元尺寸與顆粒尺寸之比大于某臨界值時(shí),材料的宏觀等效楊氏模量趨于某恒定值;顆粒位置的隨機(jī)性使材料等效楊氏模量的概率分布近似為正態(tài)分布;橢圓形截面的增強(qiáng)相有助于提高材料的等效楊氏模量。

將增強(qiáng)顆粒與基體均視為彈性體，采用彈性接觸模型與邊界元素法，對(duì)界面分離顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性常數(shù)進(jìn)行了研究。通過(guò)數(shù)值分析，揭示了界面分離顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性常數(shù)的基本特征。文中所述完整界面與完全分離界面模型，分別提供了具有非完整界面顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性模量之上、下界限。

英國(guó)防護(hù)評(píng)估和研究機(jī)構(gòu)(dera)與航天金屬?gòu)?fù)合材料公司、倫敦imperial大學(xué)聯(lián)合研制了一種具有中等強(qiáng)度、高模量、低密度和高韌性的鋼基顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。該材料在航天和航空工業(yè)中的控制聯(lián)動(dòng)裝置、汽車工業(yè)中的輔系材料、往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)部件中的應(yīng)用具有潛力。以前曾嘗試開(kāi)發(fā)鋼基復(fù)合材料,但重點(diǎn)是放在耐磨性方面。目前開(kāi)展的工作重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)度高的作為高性能結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的材料。

綜述了近年來(lái)鋁基復(fù)合材料在各領(lǐng)域所獲得的一系列成功應(yīng)用，并較為詳盡地介紹了它們的具體應(yīng)用情況以及對(duì)相關(guān)產(chǎn)品與裟備所產(chǎn)生的積極作用，分析和展望了該種復(fù)合材料的研究。