低温贮箱用复合材料的研究进展

系统地概括了低温贮箱用复合材料的研究背景、进展动态及研究现状,重点介绍了复合材料低温贮箱成型工艺、复合材料与低温推进剂之间的安全性及复合材料自身的低温力学性能。研究表明:自动铺丝成型工艺推动了无内衬的复合材料低温贮箱的发展;在冷热循环作用下界面等薄弱区域萌生大量微裂纹,机械载荷促进下形成低温推进剂泄漏路径;开发满足液氧相容性要求、工艺要求和力学性能优异的环氧树脂,是发展液氧贮箱用复合材料体系的关键;研究冷热循环作用和改性方法对于复合材料力学性能的影响,对可重复使用航天器复合材料低温贮箱应用的意义重大。     

聚醚醚酮材料表面磺化改性及表面金属化

为满足聚醚醚酮(PEEK)应用于雷达天线、电路组件等产品的导电、焊接等功能特性,对具有极高化学惰性的PEEK进行硫酸磺化改性,并沉积Ni-P合金金属层,实现PEEK材料表面金属化。利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪等对PEEK表面微观结构及镀镍层进行表征。磺化改性后PEEK表面呈现三维筛网状孔洞结构,且随浸蚀时间的延长,孔洞更加规则;硫酸改性后,基材表面粗糙度增大,亲水性增强。在进行化学镀镍时,Ni-P首先在三维网状孔洞结晶,并随着时间的延长,晶核二维生长至整个表面,最后生长成三维菜花状。镀层的结合强度随磺化时间的增加,焊点脱拉强度由3.2增至7.1 MPa。PEEK材料表面磺化改性及导电金属层的成功制备,可为其在雷达天线等领域的应用提供技术支撑。     

石墨烯/高密度聚乙烯导电复合材料的制备与表征

采用氧化还原法制备了石墨烯(GNS),采用红外光谱、透射电子显微镜对所得石墨烯进行分析和表征。采用溶液共混法制备石墨烯/聚乙烯导电复合材料,研究了材料的导电渗流行为,发现石墨烯含量越接近渗流阈值(4.3%,质量分数),随着石墨烯含量的增加,其室温电阻率减少;当质量分数为6.3%左右时,电阻率趋于稳定,约为102Ω.m。DSC分析发现加入GNS后复合材料的降温过程中结晶峰起始温度提高,说明GNS在复合材料中有成核剂的作用。     

Q235等离子渗Nb改性层在5%H_2SO_4中的腐蚀性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Q235钢进行表面渗Nb处理,用OM,SEM和XRD分析了渗Nb层的显微组织、化学成分及其相组成,并对其在5%H2SO4水溶液中的腐蚀性能进行了研究。结果表明:经过等离子渗Nb处理后可获得约25μm的表面合金渗层;渗层中Nb含量随渗层深度呈梯度变化,渗层与基体结合牢固;XRD表明渗层中形成了Nb,Fe2Nb,NbC等相。电化学测试结果表明:Q235渗Nb合金层较基体的耐蚀性能有较大的提高。     

T700/PEEK热塑性自动铺放预浸纱制备质量控制及性能研究

为满足高性能热塑性复合材料自动铺丝（AFP）成型工艺的原材料需求,研究了粉末悬浮法浸渍制备T700/PEEK预浸纱关键工艺参数及预浸料性能,分析聚醚醚酮PEEK浸渍连续碳纤维过程中不同工艺参数（悬浊液浓度、超声功率、张力、牵引速率、浸渍温度、辊压温度及压辊间隙）对预浸纱质量的影响规律,利用扫描电子显微镜（SEM）观察T700/PEEK预浸纱内部孔隙率及界面结合状态,将粉末悬浮法制备的T700/PEEK预浸纱模压制备了热塑性复合材料单向层合板试样,并测试了其热塑性复合材料层间剪切强度和拉伸强度。研究结果表明：预浸纱含胶量与粉末悬浮液浓度变化线性正相关,且随超声功率的增大而升高;浸渍过程中伴随温度的升高以及牵引速率的减小,预浸纱宽度变小、孔隙率降低,随着张力的增大,预浸纱宽度增大、孔隙率降低;辊压成型过程中随着温度的提高以及压辊间隙的减小,预浸纱宽度增大、孔隙率降低。综合考虑各工艺参数的影响规律,获得优化的热塑性预浸纱制备工艺参数：浸渍温度为360~370℃,辊压温度为330℃,压辊间隙为0.1 mm,牵引速率为15~20 mm/s,张力为7 N。扫描电镜结果显示树脂与纤维界面结合紧密,复合材料的孔隙率可降低至1.8%,复合材料层间剪切强度为73.43 MPa,纵向拉伸强度达1.71 GPa。     

镍基合金激光熔覆MCrAlY涂层基体裂纹的成因与控制

在分析激光熔覆涂层基体裂纹形成机理的基础上,针对采用激光熔覆技术在镍基合金基体上制备MCrAlY涂层存在基体裂纹的问题,提出了缓冷处理的止裂措施,研究了将熔覆后的涂层置于300℃下保温30min随炉缓冷和置于已预热至300℃的保温箱中随箱缓冷两种缓冷工艺对基体裂纹的控制行为.结果表明:镍基合金激光熔覆MCrAlY涂层基体裂纹主要是由于熔覆过程中的快速冷却所致;两种缓冷工艺均能有效地避免基体裂纹的产生,但保温随炉缓冷处理会引起熔覆层组织粗大、枝品特征明显等不良影响,而随箱缓冷处理涂层对熔覆层组织并未产生不良影响.     

连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸带成型工艺及性能

利用浸渍法制备连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)预浸带,对其成型温度、行进线速度进行研究,并测试了CF/PEEK预浸带的热胀系数、拉伸性能,利用SEM扫描电镜观察CF/PEEK预浸带内部界面结合状态。结果显示,预热区、熔融热压区温度分别控制在110~130℃和220~370℃,预浸带行进线速度控制在2 m/min时,制备的预浸带性能较好;在-150~+150℃范围内,CF/PEEK预浸带线胀系数为0.5×10-6/K,并随着纤维体积分数增大而减小;CF/PEEK预浸带最大拉伸强度达到1.81 GPa;SEM扫描电镜显示碳纤维与PEEK界面结合良好。研究显示,CF/PEEK预浸带制备工艺参数可行,CF/PEEK预浸带性能较好,具有工程应用价值。     

不同冷却方式下ＳｉＣｐ／３５６Ａｌ复合材料的热应力分析

采用ANSYS有限元软件,分析不同冷却方式下SiCp/356Al复合材料的热应力,通过对水冷、空冷和炉冷不同冷却方式对其热应力进行数值模拟,研究其热应力随降温时间的变化规律.结果表明,不同的冷却方式,SiCp/356Al复合材料热应力随降温时间的变化规律不同.水冷时,热应力迅速达到最大值,其后有一定降低;空冷时,热应力先增大,后稍有下降,再逐渐增大;炉冷时,热应力逐渐增大.室温时,SiCp/356Al复合材料水冷残余热应力最大、炉冷最小.     

铸造凝固冷速对原位自生（TiW）C／Fe复合材料组织的影响

研究了不同的铸造凝固冷速对原位自生10vol%(TiW)C/Fe复合材料显微组织的影响。结果表明,在原位合成的10vol%(TiW)C/Fe复合材料中,(TiW)C相是唯一的第二相,均匀、弥散分布于基体中,其形态基本上呈块状,条状较少。在块状(TiW)C相中,Ti和W元素的分布是不均匀的,芯部富Ti,边缘富W。当冷速较快时,形成的第二相颗粒趋于等轴状,条状共晶组织消失,有利于基体耐磨性的提高;当冷速较慢时,第二相颗粒数量多,尺寸小,且随冷速的降低在该复合材料中形成了大量的共晶组织。适当提高冷却速度,有利于获得较理想的复合材料显微组织。     

金属聚合物复合材料的电树枝生长模拟

为了研究金属聚合物复合材料的击穿特性,在WZ模型的基础上建立了在绝缘聚合物介质中填充不同体积浓度的理想金属粒子的逾渗模型。利用计算机对放电通道的发展进行仿真,并对得到的仿真图形进行比较,研究了金属颗粒的体积浓度、下极板施加的电压、放电通道内的阈值电压和树点发展的概率指数对放电通道发展的影响。结果表明,金属粒子体积浓度越大,则放电树枝分枝越多。因此,填充金属颗粒可以明显地增强绝缘介质的导电性,其中逾渗阈值为0.6。下极板施加的电压越大,放电通道内的阈值电压和树点发展的概率指数越小,则放电树枝分枝越多,同时放电树枝生长过程中的积累损伤越大,该规律与实际放电情况相符合。     

长玻纤增强注塑聚醚醚酮复合材料加工工艺与力学性能的研究

以含30％的长玻璃纤维增强聚醚醚酮为原材料,采用注塑成型的方法研究了聚醚醚酮复合材料的加工工艺参数包括冷却速率、成型压力、成型温度及模具温度与力学性能的关系,并对模具温度为180℃时PEEK复合材料的微观形貌进行分析,研究结果表明：采用中速冷却速率,成型压力为120MPa,成型温度为后段375℃、中段425℃、前段425℃,模具温度保持为180℃时,复合材料的抗拉强度达81MPa、剪切强度为62．7MPa,制品表面光滑,其综合力学性能最佳。     

Effects of FDM-3D printing parameters on mechanical properties and microstructure of CF/PEEK and GF/PEEK

Fused deposition modeling (FDM) has unique advantages in the rapid prototyping of thermoplastics which have been developed in diverse fields. However, although great efforts have been made to optimize FDM process, the mechanical properties of printed parts are limited by the weak interlamination bonding as well as the poor performance of raw filaments used, such as acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polylactic acid (PLA). Adding fibers into thermoplastic matrix and preparing high-performance filaments have been indicated to enhance the properties of fabricated parts. Recently, heat-resistant polyetheretherketone (PEEK) and its fiber reinforced composites were proposed for FDM process due to overcoming the limitation of equipment and process. However, few researches have been reported on the effects of FDM-3D printing parameters on the mechanical properties of fiber reinforced PEEK composites. Therefore, 5wt% carbon fiber (CF) and glass fiber (GF) reinforced PEEK composite filaments were prepared respectively in this study. The effects of various printing parameters including nozzle temperature, platform temperature, printing speed and layer thickness on the mechanical properties (including tensile strength, flexural strength and impact strength) were surveyed. To analyze the microstructure and failure reasons of printed CF/PEEK and GF/PEEK samples, the tensile fractured surfaces were investigated via scanning electron microscope (SEM).     

TiC/Al复合材料在锌液中均匀化机理分析

采用自蔓延高温合成（SHS）法制备高TiC颗粒含量的TiC／Al复合材料。利用自制的实验装置研究复合材料中TiC颗粒在静止锌液中的均匀化过程。结果表明：当锌液温度低于铝的熔点时，TiC／Al复合材料置于锌液后，锌向其内部扩散，引起复合材料表层内液相线温度降低，当表层内Al-Zn合金的液相线温度等于或低于锌液温度时，Al-Zn合金便处于熔融状态，TiC颗粒随其一起从TiC／Al复合材料块上脱落，并不断地向锌液内部传输，最终均匀分布在锌液中；而当锌液温度高于铝熔点时，TiC／Al复合材料置入后，锌和铝同时进行扩散，但是当复合材料表面温度达到铝熔点时，铝开始熔化，铝的熔化导致TiC颗粒的脱落，脱落下来的TiC颗粒不断向锌液内部传输，最终均匀分布在锌液中。     

熔体温度、冷却速率对Al-Fe-V-Si耐热铝合金组织和力学性能的影响

采用OM,XRD检测了不同熔体温度和冷却速度条件下Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si (wt%)合金的微观组织结构, 并检测了不同熔体温度下采用粉末冶金工艺制备的该合金室温力学性能.结果表明:熔体温度、冷却速率对该合金组织和性能有着明显的影响.在相同冷却条件下,熔体温度越高所得到合金的组织越细小,获得该合金最高力学性能则存在一个最佳的熔体温度;冷却速度对该合金的主要相组成起决定作用,并结合Al-Fe-V-Si合金的特性提出了该合金的熔炼工艺.     

碳纤维增强PEEK预浸带制备工艺探索研究

初步探索了熔融浸渍法制备碳纤维增强PEEK预浸带的制备工艺。通过热失重、流变性能、力学性能等试验，探索了不同工艺参数对碳纤维增强PEEK预浸带性能的影响，进而制定了制备碳纤维增强PEEK预浸带较优的工艺参数。     

预浸料制备方法影响复合材料湿热稳定性的原因分析

分别用热熔法和溶液法制备 T3 0 0 /540 5预浸料并在相同的工艺条件下制成相应的复合材料层压板。比较 2种复合材料的树脂含量、内部缺陷 (用 C-扫描技术 )、空隙率 (用光学显微镜法 )和纤维 /基体界面粘结(以 [0 2 /90 1 2 /0 2 ]层压板的横向裂纹密度和断口形貌评价 ),发现热熔法复合材料的孔隙率较低和纤维 /基体界面粘结较好是其在水煮条件下稳定性优于溶液法复合材料的主要原因     

纳米PA6、PP/SBS复合材料界面结构与性能

采用磨盘型力化学反应器制备纳米尺寸的 PA6和 PP微粒 ,与 SBS复合制备纳米 PA6、PP/ SBS复合材料 ,用 TEM研究复合材料的界面结构并进行力学性能测试。经磨盘反应器制备的 PA6和 PP混合粒子 ,与 SBS的相容性得到改善 ,相界面结合良好 ,填充量在 6 % -1 0 %时 ,综合力学性能大幅度提高。随加工温度变化 ,PA6、PP相结构也发生变化 ,产生粘连并形成链状结构 ,力学性能进一步提高。     

浆料浸渍结合反应熔渗法制备2D C/SiC-Zr B_2复合材料

利用XRD,SEM,EDS研究浆料浸渍结合反应熔渗法制备2D C/SiC-ZrB2复合材料的组成与结构,并测定了复合材料的弯曲强度.结果表明:采用单向加压依次渗入ZrB2微粉和酚醛树脂,能很好地将ZrB2微粉和树脂渗入到纤维束间,但熔融Si难以渗入到试样内部,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为18.3%和110MPa.采用ZrB2浆料真空浸渍,沉积碳基体后进行熔融渗Si,复合材料的开气孔率和室温弯曲强度分别为5.5%和230MPa.     

压力浸渍过程中P-55纤维和铝合金界面反应的控制

 压力浸渍法是制造金属基复合材料方便而廉价的方法。在这种工艺过程中,能独立控制纤维预制件温度T_p、熔融金属温度T_m、浸渍压力P和冷却速度等重要工艺参数。在金属基复合材料中,纤维与基体间的界面反应使纤维强度下降,复合材料性能恶化,从而限制了复合材料的广泛使用。本文主要研究如何控制无涂层的P-55纤维与1100Al和Al-0.34％Ti合金之间的界面反应,讨论压力浸渍法工艺参数对P55/Al和P55/Al-Ti复合材料组织、性能的影响。结果表明:通过控制工艺参数来缩短纤维与熔融金属铝之间的接触时间和在基体中加入钛元素以降低碳在熔融铝中的活性可以制造出高性能的复合材料。     

搅拌对熔铸—原位反应TiB2／Al和TiC／Al复合材料微观组织的影响

研究、开发了一种熔铸－ 原位反应颗粒增强铝基复合材料制备技术,探讨了搅拌工艺对３ｖｏｌ％ ＴｉＢ２ 和３ｖｏｌ％ ＴｉＣ颗粒增强铝基复合材料微观组织的影响。结果表明,采用圆盘状叶片的搅拌装置对获得颗粒均匀分布、组织致密的铝基复合材料十分有利。