激光焊接TiBw/TA15复合材料组织结构演变

研究了不同激光焊接功率焊接后TiB_w/TA15复合材料的显微组织结构及相组成,分析了焊缝中TiB增强相的演变机制。对TiB_w/TA15复合材料分别进行了单级退火及固溶-时效热处理,探究了不同热处理工艺处理后复合材料内部显微组织和增强相的演变及相结构的变化。结果表明,激光焊接TiB_w/TA15复合材料组织由TiB和α′马氏体两相组成,β晶晶粒显著细化,焊缝中TiB回熔后在β柱状晶晶界以网状形式重新析出,尺寸细小且存在明显偏聚现象。热处理后α′马氏体发生分解转变为平衡态α+β相,组织中出现块状硼化物,β单相区较高温度固溶后,块状硼化物中析出细小高长径比TiB,局部初生TiB粗化,长径比明显增加。焊接后TiB网状结构的形成与凝固过程中B原子在β晶界处的聚集有关；热处理过程中TiB的转变与激光焊接过程中快速冷却导致的局部B元素扩散不充分和不均匀有关。     

后热处理对搅拌摩擦加工制备Al-Ti复合材料组织特征的影响

采用搅拌摩擦加工技术制备Al-Ti复合材料,并对其进行600 ℃/6 h的后热处理,采用SEM、TEM、XRD对搅拌摩擦区热处理前后的微观组织结构及相进行了分析;采用X射线衍射图分析软件TOPAS测量了搅拌区热处理前后的物相晶格常数,研究了后热处理对搅拌摩擦加工制备的Al-Ti复合材料组织特征的影响。结果表明:600 ℃/6 h后热处理后,金属间化合物与铝基结合界面良好;且后热处理可使Ti、Al和Al₃Ti彼此间的扩散速率加快,促进Al₃Ti和新相Al₅Ti₂金属间化合物的产生;此外微观结构中存在位错墙;热处理前后Al₃Ti的轴向比c/a都高于标准数据,但热处理后提高了约0.4%,明显低于热处理前约1.2%的增幅;进行后热处理后,Al-Ti复合材料因搅拌摩擦加工引发的微观缺陷的增殖、再次扩散及缺陷间的互作用,使得原位反应再次进行,促使搅拌区金属间化合物含量提高。     

不同表面状态的芳纤增强环氧基复合材料固化过程的研究——固化行为、三T状态图及固化反应动力学分析

本文采用扭辫分析技术研究了不同表面状态的芳纤/环氧复合材料的固化过程。根据一系列等温固化谱图和热机谱图,得到时间-温度-转变(T、T、T)状态图,此图可以用来指导复合材料的复合工艺制订。依照固化温度,得到三类固化行为:(Ⅰ)T_固化gg时,仅有玻璃化作用,(Ⅱ)T_gg固化g∞,则有凝胶作用和玻璃化作用,(Ⅲ)T_g∞固化时,仅有凝胶化作用。文中还测定了不同固化反应体系的化学反应级数、反应速率、活化能等化学动力学参数,并讨论了不同芳纤表面状态对复合材料固化反应动力学参数的影响和对复合材料成品热机性能的影响。     

SiCP/AZ80镁基复合材料的界面与断口特征

本文用SEM,TEM研究了SiC颗粒增强AZ80镁合金复合材料的界面结构和断口形貌。结果表明,SiC颗粒与镁合金界面结合紧密,没有发生界面化学反应,但在界面处可以观察到Mg₁₇Al₁₂共晶相在SiC表面形核生长。对复合材料断口观察表明,SiC颗粒与镁合金界面之间的粘结强度大于基体的撕裂强度,SiC颗粒的聚集、团聚是导致复合材料断裂的主要原因,且复合材料的断裂形式趋向脆性断裂。     

热处理对Bi2O3-B2O3-SiO2凝胶玻璃粉体结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了一种Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体,在200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃温度下分别对凝胶玻璃粉体进行热处理,借助SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman、XPS、DSC、热膨胀仪及“纽扣”烧结实验分别测定了经不同温度热处理后玻璃粉体的结构与性能,分析了其结构变化对玻璃粉体转变温度T_g和烧结特性的影响。结果显示,在实验温度范围内,随热处理温度升高,Bi³⁺逐渐进入玻璃网络中,[BiO₆]八面体和[BiO₃]三角体、[BO₄]四面体和[BO₃]三角体分别与[SiO₄]四面体以顶角相连的方式构建玻璃网络结构。O1s和Bi4f的电子结合能逐渐增大,B1s的电子结合能减小,玻璃网络结构稳定性增强,导致玻璃转变温度T_g及玻璃膨胀软化点温度T_d升高、 润湿性降低且热膨胀系数略有降低。经600 ℃热处理后,玻璃粉体具有较优的烧结性能,T_g、T_d分别约为485 ℃及542 ℃,热膨胀系数α约为7.067×10-6/℃。     

SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料拉伸力学性能及其评价

对SiC颗粒增强铝合金基梯度复合材料的拉伸力学性能进行了研究。提出了一种新的材料力学性能评价指标——梯度系数K_x。理论研究表明,金属基梯度复合材料(MMGC)各组分性能的差异使其在拉伸变形时产生了三轴应力。实验及断口分析表明,由拉伸试验获得的材料平均力学性能指标弹性模量E和屈服强度σ_0.2近似符合ROM法则;此类材料的拉伸力学性能受SiC颗粒梯度分布方式的影响。外层为基体,芯部为高SiC含量的材料拉伸断口具有韧性断裂特征,能发挥其性能优势。反之,断口表现出脆性断裂特征,降低了材料的力学性能;受多种因素影响,裂纹穿过层间界面时,会引起断裂方式和扩展方向的改变。当梯度层间SiC颗粒体积分数相差较大时,材料会产生分层开裂;梯度系数K_σb和K_δ可反映材料的梯度分布方式和性能的优劣程度,梯度系数K_E则反映了材料性能的稳定性程度。     

SiCP混杂对C/Al浸渍成型复合材料性能的影响

碳纤维经混杂SiC_P后用压力浸渍成型方法制备成C/Al复合材料,分析混杂的SiC_P对C/Al复合材料力学性能的影响。测试了制备成的复合材料性能,并用SEM对复合材料断面组织与断口形态进行分析。结果表明,混杂的SiC_P可以分隔纤维,有利浸渍,使纤维分布均匀从而提高了复合材料的性能,而用sol-gel方法涂复SiC层并混杂SiC_P可获得最佳的性能。     

(Al2O3)f/Al复合材料在强界面结合下的疲劳损伤模式

在拉-拉载荷下测定了(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳寿命(S-N)曲线。通过夭折试验以及SEM疲劳断口和纵截面组织结构分析,研究了复合材料的疲劳损伤模式。研究结果表明,(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳极限为750MPa,远高于SCS-6碳化硅纤维增强钛基复合材料。该复合材料兼有钛基和树脂基纤维复合材料疲劳损伤的特点,高应力下由单个裂纹的起源和生长导致复合材料的失效;低应力下,疲劳损伤模式包括纤维劈裂、众多基体裂纹和单个基体裂纹的横向扩展。其中纤维劈裂是主控机制。其更高的疲劳极限可归因于低应力下纤维的纵向劈裂。     

含Fe、Ni的CF/Cu复合材料

用连续电镀法在碳纤维上镀铜后又镀Fe、Ni,制备了镀Cu-Fe、Cu-Ni的双镀层碳纤维。用它们分别制备了CF/Cu-Fe、CF/Cu-Ni复合材料,与V_t相近的CF/Cu复合材料相比,CF/Cu-Fe,CF/Cu-Ni复合材料的电阻率和弯曲强度均有不同程度的提高。通过调整碳纤维的体积分数V_f,复合材料的热膨胀系数可以明显降低。单向复合材料在断裂后,碳纤维没有明显拔出,CF/Cu-Ni复合材料的断口上,基体出现塑性变形,CF/Cu-Fe复合材料断口上的碳纤维表面上分布着不连续的瘤状物。用透射电镜分析了这两种复合材料的界面结构。CF/Cu-Fe复合材料中碳纤维表面上的不连续瘤状物是多晶的Fe₃C相,CF/Cu-Ni复合材料的界面区则是Cu-Ni固溶体相。它们对碳纤维与铜基体的结合分别起着反应型和溶解型的强化作用。     

三维编织碳纤维/环氧复合材料的吸湿特性及外应力的影响

采用真空浸渍法制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C_3D/ER)复合材料,研究了该复合材料的吸湿特性及外应力的影响。讨论了应力对C_3D/ER复合材料吸湿行为的作用机理。 结果表明,与环氧树脂不同,C_3D/ER复合材料的吸湿行为不能用Fick第二定律描述。外应力可加速吸湿初期复合材料的吸水和力学性能的下降,但可降低复合材料平衡吸湿量和最终力学性能的下降幅度。分析表明,吸湿过程中C_3D/ER复合材料力学性能的高低取决于其吸湿量的大小。     

纳米SiO2/聚苯硫醚和SiO2-玻璃纤维/聚苯硫醚复合材料的性能

利用纳米SiO₂改性聚苯硫醚（PPS）树脂及玻璃纤维（GF）/PPS复合材料,探究纳米SiO₂对PPS树脂及GF/PPS复合材料性能的影响规律。采用熔融共混工艺制备纳米SiO₂/PPS树脂,并采用热压成型方法制备纳米SiO₂-GF/PPS复合材料,利用SEM、DSC、DMA和力学测试表征不同纳米SiO₂含量的SiO₂/PPS和SiO₂-GF/PPS复合材料。结果表明：纳米SiO₂通过熔融共混工艺能够均匀分散在PPS基体中,并提高PPS结晶度和弯曲性能。添加1wt%纳米SiO₂有效提高了GF/PPS复合材料的力学性能：层间剪切强度提高49.4%,弯曲强度提高30.6%,弯曲模量提高14.6%。纳米SiO₂的添加可以提高GF/PPS复合材料的玻璃化转变温度,同时纳米SiO₂能够改善树脂基体韧性并阻碍裂纹的扩展。     

柔性非织造布和玻璃纤维布叠层热压制备玻璃纤维布/聚苯硫醚复合板材

为改善玻璃纤维增强聚苯硫醚（PPS）复合板材的力学性能,分别以柔性的玻璃纤维布和PPS非织造布作为增强体和基体,采用叠层热压成型法制备出刚性的复合板材,采用力学性能测试、XRD、PLM、SEM研究了热压温度、热压时间、玻璃纤维含量和处理玻璃纤维布的硅烷偶联剂种类对复合板材的力学性能、结晶度、结晶形态和微观形貌的影响。结果表明,在无硅烷偶联剂处理玻璃纤维布时,控制热压温度为320℃,热压时间为30 min,压力为30 MPa,玻璃纤维质量分数为50%,复合板材的拉伸强度和弯曲强度最佳,分别为286.0 MPa和175.0 MPa,缺口冲击强度达到61.6 MPa。使用硅烷偶联剂KH560处理玻璃纤维布,在最佳成型工艺条件下,复合板材力学性能改善最明显,其弯曲强度为394.9 MPa,弯曲模量为23.6 GPa,层间剪切强度为16.4 MPa,缺口冲击强度为81.0 MPa。通过优化实验条件和使用硅烷偶联剂处理玻璃纤维表面,复合板材的力学性能得到了明显提高。     

碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能

通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。     

原位聚合法制备连续玻璃纤维增强PCBT复合材料及其性能

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)原位聚合制备了连续玻璃纤维(GF)增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。考察了聚合反应中催化剂用量对PCBT结晶度以及GF/PCBT复合材料力学性能的影响。当催化剂用量为0.5%(质量分数)时, PCBT的结晶度为53%, GF/PCBT的力学性能达到最佳, 拉伸强度为522 MPa, 拉伸模量为27 GPa, 弯曲强度为481 MPa, 弯曲模量为24.8 GPa, 层间剪切强度(ILSS)为43 MPa。SEM观察表明, 发现催化剂用量为0.5%时, 树脂与纤维的结合性较好。进一步研究了淬火和退火后处理对复合材料力学性能的影响。发现复合材料退火处理后具有较好的力学性能, 其中拉伸强度为545 MPa, 弯曲强度为495 MPa。     

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

多轴向玻璃纤维增强树脂基复合材料的破坏特性和损伤机制

通过对玻纤增强环氧乙烯基酯树脂(GF/EVE)和玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂(GF/UP)复合材料的多轴向铺层设计试件进行低速冲击、弯曲和剪切破坏性力学试验,分析了不同铺层方式的GF/EVE和GF/UP复合材料冲击、弯曲和剪切载荷作用下产生的损伤及失效模式。结果表明:在铺层设计与工艺相同的情况下,CF/EVE的弯曲强度、冲击韧性均优于CF/UP;[0,90]6试件冲击能量吸收性能优于其他五种铺层方式;铺设角设计、树脂基体类型、铺层厚度对层合板剪切力学性能的影响较小。并基于SEM与超声C扫描成像检测(C-SAM)对复合材料的微观界面脱粘机制及损伤演化行为进行阐释。     

原位阴离子开环聚合法制备连续玻璃纤维增强阴离子聚酰胺-6复合材料及其性能

采用原位阴离子开环聚合法制备了连续玻璃纤维(GF)增强阴离子聚酰胺-6(APA6)复合材料,考察了催化剂配比和聚合温度对APA6树脂转化率和分子量的影响,采用DSC和TGA研究了聚合温度和时间对连续GF/APA6复合材料结晶度的影响,进一步探讨了聚合温度和时间对连续GF/APA6 复合材料力学性能的影响,采用SEM观察了复合材料的拉伸断裂形貌。结果表明: 当聚合温度为150 ℃,聚合时间为45 min时,连续GF/APA6 复合材料的力学性能达到最高,材料的拉伸强度为538.1 MPa,弯曲强度为497.2 MPa,层间剪切强度为52.5 MPa;SEM分析表明,APA6树脂基体与玻璃纤维具有较好的结合性。     

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

Mechanical and thermal properties study of glass fiber reinforced polyarylene ether nitriles

Glass fiber (GF) reinforced phenolphthalein-based polyarylene ether nitrile composites were prepared through melt blending, and the composites were characterized by various methods to find that both the mechanical and thermal properties of the silane coupling agent treated GF reinforced composites were improved with the increase of GF content. Tensile strength, flexural strength and Izod impact strength got their highest values with GF content at 35 wt.%, 30 wt.% and 25 wt.% respectively. The heat distortion temperature (HDT) of 30 wt.% GF reinforced composite is 284 °C, more than a 100 °C increase compared to the pristine resin.     

热处理对玻璃纤维布/聚苯硫醚非织造布复合板材力学性能的影响

以玻璃纤维布和聚苯硫醚（PPS）非织造布分别作为增强体和树脂基体原料,采用热压成型法制备出玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材,然后在烘箱中进行热处理。利用万能试验机（Instron）、XRD、偏光显微镜（PLM）和SEM等手段对玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材的力学性能、结晶度、晶粒类型和尺寸及微观形貌等进行了测试和表征。结果表明：随着热处理温度和时间的提高,玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材的弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度得到明显提高。当热处理温度为220℃、热处理时间为2 h时,其力学性能最佳,其弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度分别达到285.7 MPa、7.8 GPa和85.0 MPa。和未进行热处理的玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材相比,分别提高了63.2%、469.0%和37.8%。微观形貌结果表明,玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材界面粘结得到了明显改善。