石墨烯增强铝基复合材料制备及力学性能研究

针对石墨烯在铝基体中分散不均匀的问题,采用电荷吸引的方法,将用Hummers法制备的带负电荷氧化石墨烯加入到表面处理后带有正电荷的铝粉中,得到氧化石墨烯/铝复合粉末,最后采用粉末冶金制备出石墨烯增强铝基复合材料.使用扫描电子显微镜,X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪等对石墨烯增强铝基复合材料的显微组织和力学性能进行研究.实验结果表明:石墨烯均匀的分散在复合材料中,相比于纯铝,石墨烯的质量分数仅为0.5%时,石墨烯增强铝基复合材料的维氏硬度和抗拉强度分别提高了19.7%和20%.     

石墨烯镀铜对铝基复合材料结构与性能的影响

采用球磨和真空热压方法制备石墨烯增强的铝基复合材料,研究石墨烯含量及其镀铜前后对复合材料微观结构、力学性能和磨损性能的影响。结果表明:石墨烯主要分布在基体合金晶界处,其质量分数增加到1%时,团聚严重,力学性能急剧降低,硬度和抗拉强度均有所降低;石墨烯镀铜后改善基体与增强相间的界面结合,使复合材料的硬度、抗拉强度和耐磨性较镀铜前均有一定程度提高。     

氟化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的导热和电绝缘性能

为提高聚酰亚胺基复合材料的导热和电绝缘性能,通过超声剥离制备了氟化石墨烯纳米片,采用热压取向制备了具有水平定向导热特性的氟化石墨烯/聚酰亚胺复合膜,研究了氟化石墨烯添加量对复合膜导热和电绝缘性能的影响规律。结果表明：增加氟化石墨烯添加量能提高复合膜的面内导热系数,氟化石墨烯质量分数为30%时,复合膜的面内导热系数为2.4W/（m·K）;氟化石墨烯添加量增加时,复合膜的直流耐压性能略有降低,但复合膜表面耐电痕性能增加,原因在于声子在复合膜中传递效率提升。上述研究结果可为制备高导热系数、高电绝缘性能的复合膜提供参考。     

石墨烯/Al-18Si-3Cu-Mg复合材料微观组织及摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金方法,制备石墨烯/Al-18Si-3Cu-Mg多元金属基复合材料。借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪、往复摩擦磨损试验机,研究不同石墨烯添加量对石墨烯/Al-18Si-3Cu-Mg多元金属基复合材料微观组织、摩擦磨损性能的影响,并运用分形理论定量分析复合材料微观组织形貌及摩擦磨损机制。结果表明,石墨烯的添加可显著细化石墨烯/Al-18Si-3Cu-Mg多元金属基复合材料内Si颗粒的尺寸;当石墨烯添加量分别为0%、0.3%、0.5%、0.7%时,复合材料的硬度值呈现先升高后下降的趋势;石墨烯含量为0.5%时,硬度值最高摩擦系数最小,分别为84.8HB和0.48,摩擦系数比未添加石墨烯时降低了28%。分析试样磨痕形貌及微观组织形貌分形维数(D)发现,当石墨烯添加量为0.5%时,D值为2.0533,摩擦磨损机制为磨粒磨损。     

以机械搅拌法制备AlFeCrCoNi/Al的组织与力学性能研究

为了研究AlFeCrCoNi增强铝基复合材料的微观组织与退火状态下的力学性能,文中以机械搅拌法制备了AlFeCrCoNi/Al,利用光学显微镜和场发射扫描电镜对其宏观及微观形貌进行了观测;采用X射线衍射仪对其物相进行了表征与分析;利用布氏硬度机、阿基米德排水法和电子万能试验机对其力学性能进行了测量与分析。研究结果表明:在颗粒增强金属基复合材料的搅拌铸造制备过程中,实现颗粒均匀分布的一个关键因素是选择适当的增强颗粒含量,而增强颗粒的质量分数控制在10%以下时最为理想;随着高熵合金质量分数的增加,复合材料的致密度明显减小,而布氏硬度明显增加;质量分数为5%的AlFeCrCoNi增强铝基复合材料随着退火时间增加,抗拉强度逐渐增加;AlFeCrCoNi为增强相制备的Al基复合材料的断裂类型为韧性断裂,断裂机理为微孔聚集型断裂。     

氧化石墨烯增强水性环氧形状记忆复合材料的制备及其性能

水性环氧树脂(Water-borne epoxy, WEP)具有优异的形状记忆性能,但其力学性能差、导热系数低。为了改善WEP的力学和导热性能,以氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)为填料制备GO/WEP形状记忆复合材料,采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射(XRD)分析和表征GO的微观结构和化学性质,利用扫描电镜(SEM)、万能试验机、Hot Disk导热仪和热机械分析仪(TMA)测定和观察所得GO/WEP复合材料的微观形貌、力学性能、导热性能和形状记忆性能。研究结果表明:随GO含量的增加,制备所得GO/WEP形状记忆复合材料的力学性能与导热系数都得到显著提高;与WEP相比,GO含量为6 wt%的GO/WEP复合材料的拉伸强度与导热系数分别提高了80%和156%,但所得复合材料的断裂伸长率随GO含量的增加逐渐减小。     

SiCp对石墨烯-铝基复合材料性能的影响研究

通过高能球磨混料和真空热压方法制备了铝基复合材料样品。采用金相显微镜、扫描电镜和硬度测试等实验手段研究了SiC纳米颗粒对石墨烯-铝基复合材料均匀性、致密度、微观结构和硬度的影响。结果表明,SiC纳米颗粒的加入改善了石墨烯的团聚情况,提升了铝基复合材料的致密度,也使铝基复合材料的硬度得到明显增强;但随着石墨烯含量的增加,铝基复合材料均匀性、致密度仍呈现下降趋势。     

基于聚苯并噁嗪/氮化硼三维骨架的导热环氧树脂复合材料的制备与性能

针对导热复合材料中填料含量过多会导致力学等性能下降以及三维导热骨架中黏合剂与树脂基体相容性差的问题,本文采用牺牲盐模板法,制备了基于聚苯并噁嗪/氮化硼(PPH-ddm/BN)三维导热骨架,进一步与环氧树脂(epoxy, EP)复合,得到了环氧树脂/聚苯并噁嗪/氮化硼(EP/PPH-ddm/BN)复合材料。当BN质量分数为19%时,复合材料的导热系数为1.01 W·m^-1·K^-1,比纯环氧树脂提高了381%。归因于三维导热网络的形成以及聚苯并噁嗪和环氧树脂间良好的相容性,降低了氮化硼与树脂基体的界面热阻。骨架碳化后,环氧树脂/碳/氮化硼(EP/C/BN)复合材料的导热系数最高可达1.38 W·m^-1·K^-1,比纯环氧树脂提高了557%,为目前相同BN含量下聚合物基复合材料的最高值。复合材料的硬度与弯曲强度随BN含量增加而提高,相关研究为发展填料含量较低的热管理材料提供了新思路。     

不同质量分数的SiCp-Al复合材料制备及性能测定

为了分析SiC颗粒增强Al基复合材料中SiC质量分数对材料性能的影响，用粉末冶金法制备了SiC颗粒质量分数分别为10％，15％，20％，25％的铝基复合材料，测定了复合材料的抗拉强度、压缩强度、显微维氏硬度以及线膨胀系数．结果表明，随着SiC质量分数的增加，SiCp-Al复合材料的压缩强度、抗拉强度和显微维氏硬度都得到大幅度提高，而线膨胀系数随着SiC质量分数的增加而降低．说明复合材料的力学性能不符合简单的混合定律．     

石墨烯修饰的碳纳米纤维制备及其电热转换

为提高碳纳米纤维(CNF)的电热转换效率,改善其综合导热系数,采用静电纺丝法将氧化石墨烯(GO)添加到聚丙烯腈(PAN)纤维中,经过预氧化和碳化处理后制得具有三维导热网络的CNF/rGO复合纤维膜以提高其热传输效率,并考察不同石墨烯含量和碳化温度对CNF/rGO复合纤维膜导热性能的影响。结果表明:采用rGO修饰CNF复合薄膜可以有效提升其综合导热系数,改善其电热转换效率;CNF/rGO复合纤维膜的导热系数随着氧化石墨烯含量的增加而升高,随着碳化温度的升高而下降,当氧化石墨烯质量分数为20%、碳化温度为1100℃时,CNF/rGO复合纤维膜的导热系数为0.216 W/(m·K),比纯CNF提升了127%;当氧化石墨烯质量分数为5%、碳化温度为1000℃、电压为21 V、电流为0.51 A时,CNF/rGO复合纤维膜的表面温度最高可达251.9℃;但是,GO含量和碳化温度的升高会导致CNF/rGO复合纤维膜的力学性能下降。