石墨烯增强金属基航空复合材料研究进展

本文综述了石墨烯增强金属基航空复合材料的研究现状,归纳了该种复合材料的制备方法,讨论了石墨烯对其性能的影响及机制。指出目前高含量、排列石墨烯增强金属基航空复合材料的研究还比较缺乏,涉及的工艺参数、组织结构、界面化学及高温物理性能等相关问题仍需进一步研究,并提出未来的研究重点应由制备方法等工艺性探讨向微观复合构型设计的思路转变。     

金属基复合材料界面问题

金属基复合材料都要在基体合金熔点附近的高温下制备。在制备过程中，纤维，晶须、颗粒等增强体与基体净发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。界面结构和性能对金属基复合材料的的性能起着决定性作用，深入研究的掌握界面反应和界面影响性能的规律，有效地控制界面的结构和性能，是获得高性能金属基复合材料的关键。     

金属基复合材料中增强纤维表面涂层研究现状

增强纤维与基体间的界面对金属基复合材料的性质起着重要的作用,纤维表面涂层法是解决纤维增强金属基复合材料界面问题的有效途径之一。针对纤维表面涂层的选取原则、分类及制备工艺,综述了金属基复合材料的界面稳定性及综合性能的影响。     

石墨烯增强铜基复合材料研究进展

铜(Cu)基复合材料具有优异的力学、热学、电学及耐磨和耐腐蚀等性能,广泛应用于各种工业技术领域。石墨烯(Graphene,Gr)具有二维平面结构和优异的综合性能,是金属基复合材料理想的增强相。石墨烯增强铜基复合材料拓展了铜及其合金的应用范围,适当的制备方法可以使其在保持优异导电导热性能的同时拥有更好的力学性能。石墨烯在铜基体中的存在形式主要以还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片或与金属氧化物/碳化物纳米颗粒连接,旨在增强两者之间的界面结合。因此,石墨烯在铜基体中的结构完整性及存在形式直接影响了其性能的优劣。本文综述了Cu/Gr复合材料的制备及模拟方法、复合材料的性能评价及力学性能与功能特性的相互影响规律。指明Cu/Gr复合材料的发展关键在于：(1)分散性与界面结合;(2)三维石墨烯结构的构建;(3)界面结合对力学性能与功能特性的影响及两者间的相互协调。     

金属材料的石墨烯强韧化

石墨烯材料以其优异的本征力学性能,被认为是新一代金属基复合材料中理想的增强体。特别是,由于调控石墨烯内禀缺陷的种类和含量可以较为简便地实现对其本征力学性能的精确"剪裁",使得石墨烯增强金属基复合材料具有广阔的发展空间。综述了近年来石墨烯增强金属基复合材料制备工艺与结构-性能关系的研究进展,并聚焦于石墨烯/金属之间界面的结构与性能。这不仅是因为在复合材料使役时,外加载荷是通过复合界面传递到石墨烯增强体的(即"承载效应"),也因为随着石墨烯的加入,在复合材料变形过程中石墨烯和金属基体内的位错发生复杂的相互作用,改变或影响了基体的变形机制,导致了额外的强韧化效果。最后,展望了石墨烯增强金属基复合材料的发展趋势,指出需要发展可放大的制备工艺,并深入研究实际使役条件下复合材料的力学行为和性能响应机制。     

石墨烯增强金属基复合材料的研究进展

石墨烯由于独特的结构和优异的性能已成为金属基复合材料中最具吸引力的碳质材料增强体。综述了近年来石墨烯增强金属基复合材料的研究进展、强化机制及石墨烯表面改性进展,分析了石墨烯增强金属基复合材料研究存在的问题,并对石墨烯增强金属基复合材料的研究方向及发展趋势进行了展望。     

石墨烯增强铜基复合材料的界面调控及其性能研究进展

铜基复合材料有望全面提升铜及铜合金的力学性能和导电、导热等功能特性。石墨烯具有优异的力学和物理性能,是铜基复合材料的理想增强相。石墨烯/铜界面的性质决定了复合材料性能,进行界面调控以提高石墨烯/铜的界面结合性已成为研究人员关注的热点问题。总结了近几年开发的石墨烯缺陷设计法、碳-碳杂化增强相法、金属和陶瓷纳米颗粒修饰石墨烯法以及原位生长石墨烯和石墨烯复合增强相法等多种界面调控策略,讨论了多种界面调控策略对石墨烯增强铜基复合材料的力学、导电、导热性能的作用机理,展望了应用界面调控策略研发的高性能复合材料的应用前景和未来研发的发展方向。     

3D打印石墨烯增强复合材料研究进展

近年来,石墨烯优异的力学、热学性能以及大规模量产的可行性,使其成为了研究热点。将石墨烯作为增强相添加到金属、聚合物及陶瓷等材料中,有望提高复合材料的综合性能。针对复合材料性能优化的需求,各种用于制备石墨烯增强复合材料的制造方法应运而生。其中,3D打印技术兼具工艺灵活和制备的产品性能优异的优点,引起了学者的广泛关注。然而,石墨烯自身密度低、比表面积大且易团聚,对复合材料的力学性能会造成不利影响,且其与陶瓷或金属基体的润湿性差,无法形成良好的界面结合。因此,如何将石墨烯均匀分散于复合材料中一直是学者们的研究重点,目前开发的分散方法有溶液混合法、熔体混合法、原位混合法和机械球磨法等。其中,将石墨烯分散于金属基粉体或陶瓷基粉体中的方法主要有溶液混合和机械球磨,石墨烯均匀分散于基体中不仅能提高复合材料的力学性能,还能改善其与基体的界面结合。研究较多的石墨烯增强聚合物复合材料混合方法主要有溶液混合、熔体混合和原位混合等,利用上述方法得到的三维样品力学性能、导热和导电性能均有较大提升,且应用于生物医学或储能领域表现出良好的生物或电学性能。本文从金属基复合材料、聚合物基复合材料及陶瓷基复合材料三个方面综述了3D打印石墨烯增强复合材料的研究进展,从制粉和成形两个角度详细阐述了石墨烯增强复合材料在3D打印方面的应用。期待未来石墨烯增强复合材料可以广泛应用于能源器件、生物支架及航天航空等领域,为材料的研究拓展更广阔的空间。     

颗粒增强金属基复合材料的结构建模与力学模拟研究进展

颗粒增强金属基复合材料具有高模量、高强度及高耐磨等优异性能,其材料体系庞杂、复合结构繁复,力学性能指标众多。通过结构建模与力学模拟的系统研究,能够有效揭示复合材料的构效关系与组织演变规律,进而指导其设计、制备、加工与应用全流程研究。开展多尺度建模计算,并与宏、微观实验相融合,以及利用以数据库技术、高通量计算与大数据挖掘为主要特征的材料信息学研究,可实现金属基复合材料的“组分-工艺-结构-性能”内禀关系的科学内涵描述。首先回顾了颗粒增强金属基复合材料建模计算的主要研究方法,然后对其结构建模研究现状进行了介绍,进而围绕界面特性与力学模拟进行了综合述评,最后对建模拟实结合材料基因工程技术的未来发展进行了展望。     

石墨烯/金属复合材料的研究进展

石墨烯特殊的二维结构和优异的性能使其成为材料领域的研究热点,而石墨烯与金属复合材料是石墨烯应用的重点研究方向之一.概述了近年来石墨烯负载金属纳米颗粒复合材料的制备及其在催化、传感、光谱学方面的应用进展,以及石墨烯增强金属基复合材料在高强度高导热导电领域的研究进展,重点介绍其中一些具有优异性能的研究体系及其在研究中面临的困难.     

石墨烯增强铜基复合材料研究进展

石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料,具有良好的力学、导电以及润滑性能,是铜基复合材料中最具潜力的增强体.本文综述了石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺,详细分析并归纳了石墨烯增强铜基复合材料的界面结构对于复合材料力学性能的影响及增强机制,总结了石墨烯增强铜基复合材料摩擦学行为研究的最新进展,并深入阐述了石墨烯增强铜基复合材料的润滑耐磨机制,最后,展望了石墨烯增强铜基复合材料的发展前景.     

复合材料界面微观力学表征方法及界面细观力学模型研究进展EI北大核心CSCD

复合材料界面的应力传递对材料的性能有着重要的影响,对于界面相的组成、结构、使用温度及强度的研究极为重要。文中对单丝复合材料界面微观测试方法进行了归纳总结,重点介绍了微观测试方法在高温下、动态载荷加载过程中、串珠纤维表征、原位检测可视化等界面表征方面的研究现状,并介绍了细观力学模型在界面失效、界面增强机理等方面的研究进展。最后分析了目前研究中界面理论的缺失,并就未来的研究方向进行了合理性建议。     

金属基石墨烯复合材料的合成机理及工艺方法

石墨烯具有良好的力学性能、导电导热和耐腐蚀性能,大部分纯金属只有在某些方面有着单一的良好性能,而不具备多维度的优良材料性能,金属基复合材料可以弥补纯金属在单一方面性能的不足,具有比单一基体更优异的性能;石墨烯/金属基复合材料(Gr-MMC)在航空航天、汽车、电子和军事领域有着广泛的应用。详细介绍了微观层面金属基表面沉积石墨烯的机理,在不同的金属表面石墨烯会表现出不同的行为,其中铜、钌、铱、镍是比较有代表性的几种金属,通过研究在不同金属上的沉积机理能够更好地从微观层面指导金属基复合材料的制备;金属基石墨烯复合材料的制备工艺针对不同的金属大致可以分为液相法、固相法和沉积处理,对于每种工艺方法的特点和不足也有所提及。     

碳纳米管增强铝基复合材料的界面研究进展

碳纳米管以其稳定的结构、优异的力学性能,成为复合材料的理想增强相。其增强效果受多方面因素影响,界面是决定其增强效果的关键因素之一,也是金属基复合材料的研究重点。简要介绍了碳纳米管增强铝基(CNTs/Al)复合材料的界面结合机制及界面对复合材料性能的影响,评述了热膨胀系数、制备方法、碳纳米管纯度等多种因素对CNTs/Al复合材料界面的影响,并提出了改善界面的方法。     

金属基复合材料界面表征及其进展

界面是复合材料极其重要的组成部分，全面而确切地表征界面是控制和改善复合材料的最重要基础之一。本文从界面组成及成分变化、界面区的位错分布、界面残余应力的测定和界面结构的高分辨观察及其原子模拟等四个方面综述了金属基复合材料界面表征的方法及其最新进展。     

金属基复合材料界面表征及其进展

界面是复合材料极其重要的组成部分，全面而确切地表征界面是控制和改善复合材料的最重要基础之一。本文从界面组成及成分变化、界面区的位错分布、界面残余应力的测定和界面结构的高分辨观察及其原子模拟等四个方面综述了金属基复合材料界面表征的方法及其最新进展。     

铜铝层状复合材料界面特性及深加工研究进展

铜铝层状复合材料因其良好的综合性能而应用于众多领域,其深加工变形性能关系到复合材料的推广与发展。本文介绍了铜铝层状复合材料深加工性能研究现状,总结了深加工过程中复合材料宏观质量缺陷的成因与解决对策;综述了铜铝层状复合材料的界面特征、形成机理、界面层对铜铝复合板材变形性能的影响;从宏观和微观角度汇总了复合材料界面断裂失效机理;概括了复合材料深加工变形过程中界面结构演变规律;基于复合材料协同变形,提出了复合材料界面结构调控机制。文章还对铜铝层状复合材料深加工发展方向进行了展望。     

石墨烯增强金属基复合材料的制备方法研究进展

石墨烯因其独特的电学、力学和热学等性能,作为强化相在制备轻质、高强度、强韧性的优异合金材料方面越来越受到关注.简单介绍了石墨烯制备方法和性质,综述了石墨烯增强金属基复合材料的制备方法、性能及强化机制,并对影响复合材料结构性质的因素进行了分析,同时展望了今后金属基石墨烯复合材料的研究方向及发展趋势.     

颗粒增强金属基复合材料界面结合强度的表征:理论模型、有限元模拟和实验测试

金属基复合材料的综合性能优异,应用领域广泛,在这类材料中,增强相与基体之间的界面结合情况是影响材料性能的关键因素之一,而界面结合强度是衡量界面结合情况最重要的定量化指标。到目前为止,研究者们已经提出了许多测量复合材料界面强度的方法,包括早期就已经提出并一直沿用的微观力学测试方法,如单纤维拉出法、单纤维断裂法和微粘结测试法等,以及以材料宏观性能来评价界面应力状态的宏观实验方法,如横向弯曲实验、横向拉伸实验以及导槽剪切实验等。根据测量过程是否需要对界面进行破坏又可以分为声发射技术、声显微技术、拉曼光谱等技术的非破坏性方法以及一些需要破坏界面从而达到测量目的的破坏性方法。虽然诸多学者对复合材料界面结合强度的测量与表征做了大量的研究工作并取得了重大进展,但这些测试方法基本上都是基于纤维增强金属复合材料的成果,对于颇有前景的颗粒增强金属复合材料而言,这些测试手段却因颗粒增强相在形状和尺度上的特殊性而难以奏效,从而造成定量表征颗粒增强金属基复合材料界面结合强度相关研究的发展较为缓慢。为了解决颗粒增强相与金属基体界面强度难以测量的问题,许多研究者在建立理论模型的基础上通过有限元模拟的方法来表征界面的结合强度。这种方法可以用来预测颗粒增强金属基复合材料的界面结合强度,具有一定的指导意义,但是计算机模拟的方法在建模及计算过程中很大程度上对颗粒增强相的形状、分布状态以及界面的形变方式进行了简化处理,导致其结果与实际情况往往存在一定的误差。在这种情况下,研究者们开始寻求通过实验测试的方法来定量表征颗粒与金属基体之间的界面结合强度,也就是通过测量界面处的剪切强度或拉伸强度来表征界面的结合强度。本文针对颗粒增强金属基复合材料,归纳了国内外研究者们基于不同原理对界面结合强度进行研究和预测的理论模型,论述了对界面结合强度进行定量表征的有限元模拟测试法以及实验测试法,以期在一定程度上为界面设计与结合强度控制提供参考。     

非连续增强金属基复合材料界面微结构研究

非连续增强金属基复合材料是金属基复合材料中最有工业应用前景的新材料,其中界面微结构是决定复合材料性能的关键。着重研究了SiCp原始态和氧化处理态以及Al_2O_3p等增强体在挤压铸造和搅拌铸造复合条件下,与不同的铝基和锌基合金复合后的界面微观结构特征。研究结果表明,氧化后的SiCp与基体界面的SiO_2层在电子束辐照下,将由晶态转变为非晶态,从而圆满解释了以往存在的X射线分析结果与电子衍射分析结果的矛盾。研究氧化后的SiCp与铝基体复合后的界面行为发现,对于纯铝基体,SiO_2层的形成有利于界面强度的增大,并发现在SiO_2层中存在铝元素的浓度梯度,较好地解释了由于扩散结合使界面得到加强的结果,而对于Ly12基体,由于表面的SiO_2层与基体中的镁反应生成MgAl_2O_4,使基体中含镁的强化相明显减少,削弱了时效强化的效果,使复合材料强度反而降低。 对搅拌铸造法制备的Al-Mg基复合材料,分别观察了不同增强体的界面反应产物和存在的界面取向关系,并探讨了其反应机制。最后,对SiCw增强的锌基复合材料的固态反应动力学和微观结构进行了研究,观察了晶须与基体之间的结合状态。