纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响

采用无维布叠层的方式获得不同纤维体积分数的单向长炭纤维预制体,以化学气相渗透(CVI)增密技术制备了单向C/C复合材料.讨论了C/C复合材料的导热机理以及纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响.研究表明,材料沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的10倍;材料沿纤维方向的导热系数在不同热处理温度下都随纤维体积分数的增加而增加,而材料垂直纤维方向的导热系数在低热处理温度下随纤维体积分数的提高而略增,但在高热处理温度下随纤维体积分数的提高先增加再降低.     

Thermotics Study of the Semimetallic Nylon1010 Composite

Thermal expansion characteristics of semimetal nylon composites （nylon 1010 incorporated with metal oxides） were analyzed with thermal expansion instrument. The changes of composite weight after being heated and the heat absorption and release of the composites were analyzed by carrying out TG-DSC experiments. Experimental results show that the average thermal expansion coefficient of the composites rises as the average diameter of the metal oxides decrease from room temperature to 160 ℃. Thermal dynamics and physical properties of the nylon composites change with the addition of the oxides; the crystallization temperature rises from 180 ℃ of pure nylon to 190 ℃ （maximum） and the melting point of the oxide composites also increases continuously with the addition of the oxides. The water content of the oxide/nylon composite is related to the kind and content of the oxide. The water content reaches its maximum when the content of oxide is 10%, and the 10% Al2O3/nylon composite has a water absorption ratio up to 1%.     

碳/酚醛复合材料烧蚀过程热应力分析

为了评价防热材料的烧蚀性能,利用有限元软件ANSYS对碳/酚醛复合材料烧蚀过程中热应力的分布与演化规律进行了数值模拟.计算了恒定热流边界条件下材料的瞬态温度场和热应力场,采用蔡-希尔准则对材料热解区进行了破坏分析.数值计算结果与试验测试及图像分析结果的比较表明,随烧蚀过程的进行,材料热影响深度逐渐增大,温度梯度减小;材料热解区存在因热膨胀引起的热应力峰值,并随烧蚀过程逐渐后移,热应力是导致材料裂纹产生并扩展的主要原因.     

电子封装用高导热金刚石/铜复合材料的研究进展

金刚石/铜复合材料由于具有热导率高、热膨胀系数低等优异的特性,已经逐步替代传统的散热材料,成为新一代电子封装材料。近年来,价格不断下降的人造金刚石和铜这种相对价格低廉的金属结合,实现人们对电子封装材料性能优越、成本可控的要求。介绍了金刚石/铜复合材料的主要制备方法以及如何改善与提高这类材料的热导率。然而,对于当前工业化的迅猛发展以及5G时代的到来,如何实现高热导率的金刚石/铜复合材料的大规模工业生产,仍然是一个挑战。     

大体积混凝土徐变试验研究

为了保证建成后的某工程大体积混凝土的耐久性和抗裂能力,结合工地现场混凝土的实际用料情况,对混凝土的徐变性能开展了试验研究,同时进行了自生体积变形性能测试和导温、导热、比热、线膨胀系数及绝热温升试验.根据大体积混凝土4个不同龄期的室内受压徐变试验结果,拟合出大体积混凝土的徐变度曲线和计算公式等成果,获得了该工程所用混凝土的徐变特征及变化规律.     

N234/N539炭黑填充胶热扩散性能实验研究

用激光导热分析仪测量了N234/N539炭黑填充胶的热扩散系数,研究了炭黑品种及炭黑填充量对热扩散系数的影响。实验结果表明,炭黑的内部结构特性对胶料热扩散性能影响显著,炭黑的粒径越小,比表面积越大,热扩散系数越大;随着炭黑填充量的增加,胶料的热扩散系数增大,但由于炭黑在胶料中分散程度的不同和包容胶的存在,使得在某些炭黑填充量下,胶料的热扩散系数有所下降。     

冷却速度对SiCp/2024Al热残余应力影响的数值模拟

针对冷却速度对SiCp／2024Al复合材料热残余应力的影响，通过复合材料显微组织观察，根据复合材料的形貌特征，建立了平面应力状态的复合材料组织模型，利用有限元方法对SiCp／2024Al复合材料淬火和退火过程的热应力进行了数值模拟．结果表明，由于SiC增强颗粒与铝基体之间的热膨胀系数差异较大，热处理后颗粒和基体的界面附近产生很大的热残余应力场，同时基体发生塑性应变；冷却速度对复合材料热残余应力没有明显影响．     

Thermal Stress and Assembling Parameters Evolution of CMC Bolted Joint under Transient Thermal Loads

瞬态热载荷下陶瓷基复合材料螺栓连接结构热应力及装配参数演化

赵淑媛¹,李正禹¹,蒲泽良¹,孙新杨²,张文娇³

（1哈尔滨工业大学 特种环境复合材料技术国家级重点实验室,哈尔滨 150080;

2哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

3东北农业大学 工程学院,哈尔滨 150030）

创新点说明：

采用有限元软件对陶瓷基复合材料和高温合金螺栓连接结构进行热力耦合分析,分析了瞬态热载荷作用下热应力及装配参数的变化,为避免连接结构的早期破坏提供理论基础。

研究目的：

陶瓷基复合材料由于其耐高温、耐磨、抗高温蠕变、导热系数和热膨胀系数较低等特点,逐渐在飞行器热结构上得到广泛的应用。在飞行器结构中,陶瓷基复合材料常常不可避免的与金属件组成连接结构。当这种类型的结构件被用于高温瞬态热载荷状态下时,由于陶瓷基复合材料与金属的热膨胀不匹配,会导致连接部位产生额外的热应力,并改变接头的连接参数,从而使结构提前发生破坏。因此,研究瞬态热加载对陶瓷基复合材料-高温合金螺栓连接结构的影响,对其在航空航天领域的运用具有重要意义。

研究方法：

针对2D编织C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金GH4169组成的螺栓连接结构,使用有限元软件ABAQUS建立单钉单搭接螺栓连接结构的热分析模型。通过计算得到模型在给定的热边界载荷作用下的瞬态温度场,将温度场结果导入到应力场分析中,结合材料模型的UMAT程序,实现了模型的热力耦合分析。通过研究连接结构在高温热载荷作用下产生的热应力场,讨论了瞬态升温过程对连接结构预紧力、钉孔配合精度产生的影响

结果：

2D编织C/SiC复合材料与高温合金组成的螺栓连接结构在受到温度载荷作用而产生温度变化后,装配时施加的预紧力会发生松弛现象,并且螺栓钉孔间的间隙也会缩小,预紧力下降值与温度载荷值呈现线性关系,钉孔间隙的减小值与温度载荷值呈现二次曲线的关系。

结论：

本研究针对陶瓷基复合材料和高温合金螺栓连接结构,研究了瞬态热加载条件下结构热应力及螺栓预紧力和钉孔间隙等装配参数的演化,所得结果将用以指导工程实践中陶瓷基复合材料连接件的设计和使用。

关键词：陶瓷基复合材料;热分析;热应力;预紧力;钉孔间隙

     

包覆工艺制备C—SiC—B4C—TiB2复合材料的组织与性能

以鳞片石墨,B4C,SiC,TiO2为原料,利用包覆工艺在不同热压温度下制备了W（C）=50％的C—SiC—B4C—TiB2复合材料,并详细研究了热压温度对复合材料显微组织和性能的影响规律．结果表明,当热压温度高于1850℃时,复合材料由C,SiC,B4C和TiB2这四相组成;复合材料的体积密度、抗折强度和断裂韧性均随着热压温度的升高而增加．2000oC热压时,复合材料的体积密度、气孔率、抗折强度和断裂韧性分别达到2．41g／cm^3,3．42％,176MPa和6．1MPa·m^1/2;热压温度升高,复合材料的碳相和陶瓷相逐渐致密,碳相最终形成了在陶瓷基体上镶嵌的直径为40μm橄榄球状和条状这两种形貌．碳／陶瓷相的弱界面分层诱导韧化和第二相TiB2与陶瓷基体之间热膨胀系数不匹配所致的残余应力使变形过程中微裂纹的扩展路径发展变化,使复合材料的韧性提高．     

岩土体导热系数研究进展

岩土体导热系数在与地热有关的地质基础研究和生产应用中有重要作用。首先介绍了导热系数的概念,然后分析了导热系数的受控因素,最后探讨了导热系数的测定方法。导热系数的受控因素包括地层岩性、孔隙率、含水率、温度以及各向异性。导热系数随地层岩性从大到小排列为海相碳酸盐岩、陆相碎屑岩、火成岩,变质岩导热系数与母岩和变质程度有关;同种岩层的导热系数随沉积过程延续或深度增加而增大;含水率对软弱岩石的导热系数影响较大,导热系数随含水率增大而增大,对孔隙度较大的岩层需进行饱水校正;不同岩性的导热系数随温度的变化较复杂,在应用中需结合实际地层考虑;由于结构面的存在,岩体的导热系数存在各向异性。导热系数的测定方法包括现场测试法、室内测试法、组分类型辨别法以及利用P波速度估算等。利用现场数据求解导热系数时常使用线热源模型和柱热源模型;室内测试法包括稳态测试法和非稳态测试法,分别应用于中低导热系数材料和高导热系数材料;对于组分类型辨别法,平行板式相分布的物体导热系数是各向不等的,热传导方向与平行板平面平行和垂直时分别具有最小和最大总体导热系数;对地下无法直接测量的地质单元,可利用P波速度估算导热系数。要得到准确的导热系数,须基于岩土体的导热系数范围和样品特征选取正确的测定方法。     

底充胶导热系数预测及对倒装焊温度场的影响

根据导热的基本理论和Haiying Li的研究数据拟合出填加了碳纤维、Silica的环氧树脂封装材料的导热系数预测公式，依此公式可预测出相关复合材料的导热系数．利用有限元方法对电子封装倒装焊中不同导热系数的底充胶材料对温度场的影响进行了分析比较．表明高导热系数的底充胶可明显降低在芯片和基板之间的温度差，降低底充胶的热应力，进而提高电子封装的可靠性．     

用于降低接触热阻的复合黏结材料的制备优化

基于提高吸附床的导热性能,研制一种可涂于吸附床与吸附剂之间降低接触热阻的耐高温耐腐蚀的高导热复合黏结材料。通过稳态试验研究导热填料、稀释剂与偶联剂等因素对复合黏结材料热导率的影响,采用正交试验方法优化复合黏结材料的配制方案。研究结果表明:复合黏结材料的导热性能随着Al₂O₃导热填料的质量分数的增加而提高,采用10 μm Al₂O₃导热填料粒子的导热性能略高于采用35 μm Al₂O₃导热填料粒子的复合黏结材料,10 μm Al₂O₃导热填料粒子用质量分数8%的偶联剂处理,复合黏结材料的热导率最高。采用适当配比的导热填料、稀释剂与偶联剂能显著提高复合黏结材料的热导率。     

Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料的负热膨胀与物理性能

采用机械球磨加固相烧结法合成Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料。在77K-300K温度范围内,分别研究了Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料的热膨胀性能,电导性能和热导性能。当含Ag量分别为1,5,10和20 wt%时,所有样品在有效的温度区间205K-275K表现出负热膨胀。随着Ag含量的增加,有效温度区间向室温方向移动。另外,和Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N材料相比,Mn3(Cu0.6Si0.15Ge0.25)N/Ag复合材料具有更高的电导率1?0-6（Ohm.m）-1和热导率10.5W/(mK)。     

聚合物基纳米复合材料热导率计算

讨论了聚合物基高导热高绝缘纳米复合材料的导热机理与常用的导热理论模型。考虑到填充率、温度等的影响，用不同的理论模型计算了氧化铝纳米颗粒填充环氧树脂的热导率，并结合相关研究实验对不同的导热理论模型进行分析比较。通过添加高导热填料可显著提高聚合物材料的热导率，且热导率随填料填充率的增大而显著增大。热导率随在300 K到373 K的范围内，复合材料的热导率随着温度的升高而增大；而当温度超过373 K，复合材料的热导率则随着温度的升高缓慢下降。     

Characterization and thermal conductivity of modified graphite/fatty acid eutectic/PMMA form-stable phase change material

We prepared and characterized a form-stable composite phase change material (PCM) with higher thermal conductivity. Capric acid(CA)-myristic acid(MA) eutectic as core, poly-methyl methacrylate (PMMA) as supportive matrix and modified graphite (MG) powders serving as the thermal conductance improver were blended by bulk-polymerization method. The composite PCMs with different MG mass fraction (2%, 5%, 7%, 10% and 15%) were characterized by FT-IR, SEM, DSC technique and mechanical tests. Thermal conductivities of the composites were measured by transient hot-wire method. The results indicate that MG powders have been successfully inserted into the CA-MA/PMMA matrix without any chemical reaction with each other. The MG/CA-MA/PMMA composites maintain good thermal storage performance while the thermal conductivity has been enhanced significantly. The composite PCM added with 15 wt% MG powders increases approximately as 195.9% in thermal conductivity. Moreover, the thermal conductivity improvement of the composite PCMs is also verified by the melting-freezing experiment, which is profitable for the heat transfer efficiency in latent heat thermal energy storage system.     

烧结气氛对Al2O3/SiC纳米复合陶瓷显微组织的影响

为了提高氧化铝陶瓷的抗热震性,将具有热导率高、热膨胀系数低的SiC加入到Al₂O₃中,通过无压烧结工艺,在有气氛保护和无气氛保护条件下分别制备出氧化铝基抗热震陶瓷.采用扫描电子显微镜（SEM）对陶瓷进行组织结构分析,结果表明：在气氛保护条件下烧结的 Al₂O₃/SiC〖JP〗复相陶瓷气孔比无气氛条件下烧结的明显减少,复相陶瓷基体内部气孔显著降低.这样的显微组织有利于缓解热应力和提高强度,对提高陶瓷的抗热震性具有重要的作用.     

Effects of Microstructure Modification on Properties of AIN/BN Composites

It is very difficult to prepare full-densified aluminum nitride-boron nitride(AIN/BN)composite ceramics with homogeneous microstructure and high thermal conductivity.Spark plasma sintering(SPS)was used to fully densify the AIN/BN composites in this work.Microstructure,mechanical properties and thermal conductivity of the SPS sintered AIN/BN composites with 5-30 vol% BN were investigated.The results show that the microstructure of composites is fine and homogenous,and the AIN/BN composites exhibit high mechanical properties.To promote the growth of AIN grains and modify the distribution of grain boundary in AIN/BN composites,a heat treating methodology was introduced through gas pressure sintering(GPS).This processing was significantly beneficial to enhancing the thermal conductivity of the specimen.The thermal conductivity of AIN/BN composites with 5-30 vol% BN reached 60 W/m K after the samples were treated by GPS.     

Effects of Mierostructure Modification on Properties of MN/BN Composites

It is very difficult to prepare full-densified aluminum nitride-boron nitride(AIN/BN) composite ceramics with homogeneous microstructure and high thermal conductivity.Spark plasma sintering (SPS)was used to fully densify the AlN/BN composites in this work.Microstructure,mechanical properties and thermal conductivity of the SPS sintered AIN/BN composites with 5-30 vol% BN were investigated.The results show that the microstructure of composites is fine and homogenous,and the AIN/BN composites exhibit high mechanical properties.To promote the growth of AlN grains and modify the distribution of grain boundary in AIN/BN composites,a heat treating methodology was introduced through gas pressure sintering(GPS).This processing was significantly beneficial to enhancing the thermal conductivity of the specimen.The thermal conductivity of AIN/BN composites with 5-30 vol% BN reached 60 W/m K after the samples were treated by GPS.     

定热流热响应实验确定岩土热物性方法

针对工程中常用的定热流热响应实验方法,分析研究了采用不同传热模型耦合不同数据处理方法对确定岩土热物性及钻孔热阻的影响,研究结果表明:采用线热源模型与柱热源模型确定的岩土热物性及钻孔热阻存在较大差异;岩土容积比热对导热系数的确定影响很小,但对钻孔热阻影响较大;三参数估计确定导热系数及钻孔热阻具有良好可信度,但是对于热扩散率的确定稳定性较差.通过分析总结,以最小平均误差作为线热源及柱热源传热模型的权值分析基础,提出三参数估计耦合线热源及柱热源模型的加权平均方法确定岩土热物性及钻孔热阻,该方法具有稳定性好,可信度高的特点.     

Al/Y_2W_3O_(12)复合材料的制备、热膨胀及电性能研究

采用固相法制备Al/Y_2W_3O_(12)复合材料,研究了Al与Y_2W_3O_(12)以不同质量比合成样品的特性。X射线衍射表明:样品只含有Al和Y_2W_3O_(12),不存在Al对Y的取代。SEM和EDS分析表明:小颗粒Y_2W_3O_(12)嵌入在块状Al基底中,为嵌入式复合结构。热膨胀性能和电导率测试分析表明:当Al与Y_2W_3O_(12)的质量比7∶3时,Al/Y_2W_3O_(12)样品的线膨胀系数14.76×10-6/K(RT~600℃)约为Al的一半,呈现良好的导电性,其导电率为18.2 S/m可达Al的电导率的1/2,且Al/Y_2W_3O_(12)样品几乎不表现出吸水性。研究认为,该复合材料具有低膨胀和较高导电性是由于其特有的嵌入式结构所致。