纤维增强钛基复合材料横向拉伸性能数值模拟

为研究SiC/Ti-6AL-4V纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的力学特性,建立了三维细观有限元模型;利用ANSYS软件接触单元和内聚力材料模型,对其制备残余热应力及横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效进行了数值模拟。结果表明:考虑界面材料属性的细观力学有限元单胞模型,可较好地模拟纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效;横向拉伸载荷下,复合材料基体细观结构内部应力分布不均导致基体材料利用率下降,是造成复合材料横向强度低于基体材料强度的主要原因。     

热压压力对B/Al复合材料组织结构及力学性能的影响

使用表面覆有B4C涂层的硼纤维，采用大气等离子喷涂法制备连续硼纤维增强铝基复合材料预制片，结合真空热压扩散焊制备了纤维均匀分布的B／Al复合材料。探讨在接近铝基体熔点温度的条件下热压压力对复合材料力学性能与B／Al界面结合的影响，分析了B／Al界面结合状态与断口形貌及力学性能之间的关系。研究表明：热压压力对制备的B／Al复合材料的纤维体积分数、B纤维与Al基体的界面结合状态和拉伸强度有显著的影响；纤维表面的B4c涂层有效地防止了B纤维与Al基体间的界面反应，在温度6500C、压力10MPa的条件下，制备的纤维体积分数为42％的B／Al复合材料拉伸强度达到968MPa，达到了纤维理想强度的77％。     

先驱体法制备连续Si-Fe-C-O吸波纤维的研究

用聚二甲基硅烷和二茂铁合成聚铁碳硅烷,经多孔熔融纺丝、预氧化、连续烧成,制得电阻率低至10-2Ω·cm,拉伸强度可达2.0GPa,长度大于500m的连续Si-Fe-C-O纤维,这种纤维在8～18GHz范围内具有较好的吸收雷达波性能.研究铁对Si-Fe-C-O纤维电阻率和β-SiC结晶的影响:铁含量的增加有利于β-SiC晶粒的增长和电阻率的降低.     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料研制

钛基复合材料由于在中高温环境下具有很高的比强度、比模量以及良好的抗疲劳和抗蠕变特性,受到研究者的广泛关注。回顾了国内外该材料的发展历程,详细介绍了连续SiC纤维增强钛基复合材料的研制过程,包括SiC纤维制备、涂层制备、复合材料成型及构件制备等工艺过程。概述了研究团队近年来在连续SiC纤维增强钛基复合材料研究领域开展的工作及取得的进展,包括成功研制了高性能连续SiC纤维并实现小批量试制,设计了适用于不同增强基体合金的界面涂层,研究表明研制的C涂层可使复合材料经1100℃处理后界面涂层保存较好;实现了20~50μm性能优异的钛合金、铝合金、高温镍合金先驱丝的沉积;完成了Ф600mm×160mm尺寸的复合材料环形件及Ф50mm×300mm转动轴部件的试制。最后对该材料未来的发展趋势进行了展望。     

碳纤维复合材料压缩性能的研究

本文研究了由三种力学性能不同的基体制备的单向碳纤维复合材料的压缩性能及破坏特征,探讨了基体性能对碳纤维复合材料压缩性能的影响。结果表明,复合材料的纵向压缩强度是基体压缩模量、泊松此和拉伸比例极限应变的函数。当纤维体积含量、基体压缩模量和泊松比变化不大时,其纵向压缩强度随基体拉伸比例极限应变的提高而提高;复合材料的横向压缩强度大于基体的压缩强度;当基体的模量降低和韧性增加时,复合材料的横向压缩破坏的破断角增大,横向压缩强度有所降低。     

阻燃FRP包装箱抗静电性能研究

研究了抗静电剂A和B及偶联剂对RTM成型阻燃FRP包装箱材料抗静电、燃烧、弯曲和冲击性能的影响.结果表明,3%抗静电剂A和1%抗静电剂B能使材料体积电阻率降到4.0 × 107Ω·cm;加入抗静电剂的同时,增强体用偶联剂处理,包装箱材料的氧指数为27.6,弯曲强度和模量分别为176.4 MPa、9.4 GPa,冲击强度为164.1 kJ/m2,可以满足FRP包装箱的阻燃、抗静电和力学性能要求.     

影响碳化硅基复合材料机械性能的工艺因素

介绍了纤维及预制体成型、高温处理、界面技术、基体致密化及后处理等工艺因素对碳化硅基复合材料机械性能的影响。基体密化工艺是影响复膈材料性能最为主要的因素,化学气相渗透工艺制备的碳化硅基复合材料的强度和韧性明显高于其它工艺制备的复合材料,预制体高温处理可提高纤维在基体复合材料及使用过程中的高温稳定性,减少纤维／基体界面的热应力,但高温处理会引起纤维强度大幅度下降,在高温处理前先进行中间相涂层处理,不仅     

纳米级SiCp/6066Al复合材料的制备与力学性能的研究

采用粉末冶金方法制备了纳米SiCp增强铝基复合材料，研究了增强相尺寸对铝基复合材料性能的影响。结果表明：体积分数为1％的纳米级SiCp／6066Al复合材料的强度与体积分数为12％、尺寸为7μm的SiCp／6066Al复合材料的强度相当，并且前者的塑性高于后者。     

Ti合金与SiC_p/Al复合材料在无压浸渗同步复合过程中的相容性

采用熔铝无压浸渗复合工艺在高体份SiCp／Al复合材料制备过程中同步复合Ti合金零部件（圆柱体）,研究了这种跨宏-微观尺度、超混杂铝基复合材料的微观组织及性能,特别是SiCp／Al复合材料与Ti合金零部件之间的相容性。结果表明,复合材料性能优异、组织致密,SiC颗粒分布均匀、无偏聚现象。SiCp／Al复合材料与Ti合金之间的界面结合非常紧密,Ti元素向铝合金基体一侧有一定距离的扩散,并且出现了可增强界面结合的连续、无缺陷的界面反应物薄层,SEM和XRD分析表明界面反应产物为Al2Ti,界面剪切强度超过200MPa,完全可以满足在复合材料中的Ti合金零部件处加工装配孔的要求。     

连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究

采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiC_f/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明：纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1 960~1 987 MPa;纤维偏轴角度再增大时（＞2°）,材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1 870 MPa降至1 797 MPa。纤维偏轴角度较小时（≤2°）,平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时（＞2°）,部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiC_f/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时（≤2°）,裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时（＞2°）,“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。     

高导电硅橡胶材料的性能

首先通过平行对比了三种填充不同导电填料的硅橡胶材料的拉伸强度、扯断伸长率、恒定压缩永久形变、导电性及屏蔽性能,优选出镀银铝粉作导电填料;考察了镀银铝粉用量对硅橡胶材料的拉伸强度、伸长率、压变、微观形貌、导电性能的影响,最终确定镀银铝粉的填充体积分数为55%;结合导电橡胶制品对使用寿命的需求,进一步深入研究了导电硅橡胶材料在自然平贮老化及高温加速老化下的导电性能。结果表明:随老化时间的延长,体积电阻率不断增大,导电性能减弱。自然平贮老化60 d后,材料的体积电阻率基本不变;900d后,体积电阻率由初始值4.6×10-3Ω·cm增大至7.5×10-2Ω·cm。150℃老化30 d后,体积电阻率由初始值增大至9.5×10-2Ω·cm。填充镀银铝粉的导电硅橡胶材料在两种条件下老化后均能保持高的导电性;高温加速老化对导电性能的影响大于自然平贮老化。     

（Al2o3）p／Al复合材料的研究

本研究采用Ｌａｎｘｉｄｅ工艺制备了Ａｌ２Ｏ３颗粒增强铝基复合材料，分析了（Ａｌ２Ｏ３）ｐ／Ａｌ的微观结构，测试了铝基复合材料的拉伸性能、瞬时耐温性能、导热性能。结果表明，在渗透完全，显微结构致密；在Ａｌ２Ｏ３与Ａｌ的界面处，原位生成ＭｇＡｌ２Ｏ４尖晶石晶体复合材料的极限拉伸强度为３５０－３７８ＭＰａ，拉伸量为１０３－１２１．６ＧＰａ，断裂延伸率为１．９６％；在１０８０℃、２０ｓ的氧乙炔焰下，无烧蚀     

纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的制备及性能

为了满足不同马赫数飞行器对透波材料提出的集透波、承载、防热、耐蚀、抗冲击于一体的性能要求,本文开展了不同耐热区间纤维增强陶瓷基复合材料的研究。采用PIP工艺分别制备了氧化铝、莫来石、石英、氮化硅纤维增强SiBN陶瓷基复合材料,并对其介电和力学性能进行了测试与评价。结果发现莫来石纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的介电常数和介电损耗分别为4.1~4.2和1.0×10-2~9.7×10-3,抗弯、拉伸、压缩强度分别为95.12、34.95和80.92 MPa,具有最佳的综合性能。     

SiC/SiC mini复合材料拉伸性能分散性的数值仿真方法

建立了一种能够高效计算连续纤维增强SiC/SiC陶瓷基复合材料力学性能统计分布函数的数值仿真方法。建立SiC/SiC mini复合材料简化二维胞元模型,输入组分材料力学性能参数的概率分布函数,得到胞元的力学性能。将胞元作为mini复合材料二维模型的单元对模型进行网格划分,并赋予其材料性能参数,从而得到mini复合材料的拉伸应力-应变曲线。经多次重复计算得到了mini复合材料拉伸应力-应变曲线的概率分布函数。从结果中发现,SiC/SiC mini复合材料拉伸强度满足威布尔分布,且相比于纤维和基体强度的模数,复合材料拉伸强度的模数增大,即分散性减小,同时尺度参数降低,表明mini复合材料出现概率最大的拉伸强度值变小;随着纤维和基体强度概率分布威布尔模数的增大,mini复合材料拉伸强度的尺度参数有增大的趋势。      

碳化硅纤维单向增强铝复合材料高温性能的研究

用日本纺丝法制得的碳化硅纤维和国产纯铝箔为原料,采用真空液相压渗法制成单向增强的、纤维体积分数为17%和32%的SiC-Al复合材料。研究了这种复合材料在空气中的高温拉伸强度和高温暴露后的拉伸强度。复合材料的高温拉伸强度可保持到400℃。在500℃时才显著下降。460℃高温暴露直到100h,其强度不下降。 SiC-Al复合材料在500℃强度下降的原因可能是由于纤维与基体界面结合力降低引起载荷传递效率减少所致。高温暴露100h后强度下降可能是由于碳化硅纤维强度降低、基体晶粒粗化和纤维基体间界面结合减弱所致。     

叠层穿刺CF/Al复合材料准静态拉伸力学行为与失效机制

针对新型的叠层穿刺碳纤维织物增强铝基复合材料（CF/Al复合材料）,通过细观力学数值模拟与实验结合的方法研究了其在准静态拉伸载荷作用下的渐进损伤与断裂力学行为。复合材料经向拉伸弹性模量、极限强度与断裂应变的实验结果分别为129.61 GPa、630.14 MPa和0.75%,细观力学模型预测误差分别为-9.41%、7.57%和1.33%,均匀化计算的宏观应力-应变曲线与实验曲线总体上相符。经向拉伸变形初期首先出现经/纬纱交织处基体合金的局部损伤,随着拉伸应变量的增大依次发生纬纱和穿刺纱的横向开裂,拉伸变形后期基体合金与经纱失效引起宏观应力-应变曲线的急剧下降,复合材料拉伸断口表现为经纱轴向断裂及纬纱和穿刺纱横向开裂共存的形貌特征,纤维拔出和基体断裂导致的经纱轴向断裂是诱发复合材料最终失效的主要机制。     

TEXTRON碳化硅纤维

美国TEXTRON特种材料公司在1989年第3(?)届SAMPE年会上推出低成本碳芯碳化硅纤维,专门用作金属基复合材料的增强剂。与日本碳素的“NICALON”碳化硅纤维相比,“TEXTRON”碳化硅纤维的抗拉强度约提高了20%。达3450MPa,抗拉模量提高了1倍,达400GPa。“TEXTRON”碳化硅纤维的直径为140μm,以6061铝合金为基体,含48%体积比的“TEXTRON”碳化硅纤维,用热压法制成的碳化硅/铝复合材料,0°方向抗拉强度     

单向陶瓷基复合材料单轴拉伸强度研究

采用细观力学方法对单向纤维增强陶瓷基复合材料单轴拉伸强度进行研究.采用剪滞模型描述复合材料出现损伤后的细观应力场,结合基体随机开裂模型、断裂力学界面脱黏准则确定基体裂纹间距及界面脱黏长度.当基体裂纹达到饱和后,假设纤维强度服从威布尔分布,完好纤维和断裂纤维承载满足总体载荷承担法则,采用纤维随机失效模型确定继续加载过程中纤维断裂概率及断裂位置,当纤维承载达到最大时,复合材料失效.讨论了基体威布尔模量和特征强度、纤维/基体界面剪应力和界面脱黏能、纤维威布尔模量和特征强度对纤维失效,进而对复合材料拉伸失效强度的影响.与试验数据对比表明:提出的模型是有效的.      

国外工艺动态

国外工艺动态新型铝基、钛基复合材料美国３Ｍ公司专门为航宇与汽车工业研究出新的铝基、钛基复合材料。据公司称，新研制的低密度铝基复合材料牌号为ＣＦ－ＡＭＣ，生产工艺是压力铸造法，采用３Ｍ公司的Ｎｅｘｔｅｌ６００氧化铝纤维制成的预形件浸渍熔融铝成形。其中Ｃ...