表面镀Ni碳纤维增强Cu基复合材料的制备和表征

为提高碳纤维/铜(Cf/Cu)复合材料中Cf与Cu基体的结合强度,通过电化学法在Cf表面沉积一层约1μm厚的Ni镀层,进而沉积厚约6μm的Cu镀层,将镀覆Ni-Cu复合镀层的短纤维复合丝在800℃、20MPa下利用放电等离子烧结(SPS)制备镀镍碳纤维增强的铜基复合材料(Cf/Cu(Ni)),并与相同烧结工艺下制备的相同碳纤维体积分数的Cf/Cu复合材料进行对比。利用XRD和SEM分别研究了碳纤维表面Ni镀层的物相及表面形貌,用附带EDS的SEM研究了Cf与Ni-Cu复合镀层断面、Cf/Cu(Ni)复合材料表面及断口形貌,采用电子式万能试验机研究了未经修饰的碳纤维、镀Ni碳纤维、镀Cu碳纤维和Cf/Cu(Ni)以及Cf/Cu复合材料的拉伸性能。结果表明,镀Ni碳纤维复合丝的拉伸强度略高于未经修饰的碳纤维,断裂伸长率则略低于未经修饰的碳纤维,拉伸过程中Ni镀层无剥离,这与其表面Ni镀层和Cf的结合强度较高有关。Cf/Cu(Ni)复合材料呈塑性断裂,力学性能明显优于Cf/Cu复合材料,拉伸强度提高20%以上。     

碳纤维电沉积铜解决碳纤维／铝复合材料界面问题

碳纤维／铝复合材料界面相容性差，界面反应生成Ａｌ４Ｃ３。为此采用连续三步电沉积法对碳纤维电沉积铜获得碳／铜复合丝，使界面结合强度得到改善，本文对碳纤维材料界面问题及连续三步电沉积工艺，作了初步分析讨论。     

碳纤维表面处理对C/PLA复合材料界面粘结强度的影响(Ⅱ)

对硝酸表面处理前后碳纤维增强聚乳酸（Ｃ／ＰＬＡ）复合材料的界面状态进行了研究。重点研究了碳纤维的硝酸表面处理对Ｃ／ＰＬＡ复合材料界面粘结强度的影响以及粘结机理。研究表明,硝酸表面处理可使复合材料的界面粘结强度大幅度增加,复合材料的冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度亦有不同程度的提高。ＸＰＳ研究发现,央纤维与ＰＬＡ基体间有化学反应发生。界面化学反应程度的增加是复合材料界面粘结强度提高的主要原因;此外,碳纤维表面粗糙度的增加也对界面粘结强度的提高有一定的贡献。     

碳纤维表面涂覆氧化物膜的研究

采用溶胶-凝胶工艺在预处理的碳纤维表面涂覆了SiO_2与Li_2O-Al_2O_3-SiO_2(LAS)膜。研究了纤维表面的不同预处理及溶胶性质对溶胶与碳纤维润湿的影响。借助扫描电镜观察了涂膜前后碳纤维的表面形貌。研究表明:所得氧化物膜与碳纤维结合良好,膜厚约≤1μm。由溶胶-凝胶工艺制的LAS/C_1复合材料,其断裂强度与韧性分别为615MPa与18.5MPa·m~(1/2)。     

纳米碳纤维复合材料断裂电发射试验研究

采用超声波分散的方法制备了纳米碳纤维／环氧树脂复合材料，研究了纳米碳纤维／环氧树脂复合材料在拉伸和弯曲破坏时的电发射现象，并对其电发射机理进行了探讨。研究结果表明：纳米碳纤维／环氧树脂复合材料在受荷开裂和裂纹扩展过程中均存在明显的电发射现象，这一特性将为复合材料结构的在线监测及非损伤诊断提供新的方法和途径。     

短碳纤维／银基复合材料的研制及性能研究

本文研究了用粉末冶金法制备短切碳纤维／银基复合材料，对复合材料进行了物理、机械性能测试并应用于电触点进行了电寿命试验。结果表明，不同的制造工艺对复合材料的性能影响很大。通过对碳纤维表面预处理、造反正确的制造工艺可以制得性能优于银／石墨系列的短碳纤维／银基复合材料。     

转移法火焰喷涂静电屏蔽涂层

叙述了转移法火焰喷涂碳纤维增强复合材料零件表面静电屏蔽涂层工艺及模具上分离膜的制备方法,试验通过在碳纤维预浸料固化时分离膜上的静电屏蔽涂层,涂层完整转移至复合材料零件表面,涂层结合牢固,涂层表面光滑平整,与复合材料零件成为一个整体,并且不改变零件外形的完整性,不影响构件的空气动力学特性.所制备的铝涂层具有良好的静电屏蔽和导电性能,电阻值可控制在0.5～1.3 mΩ,涂层与复合材料基体间结合强度＞20 MPa,完全能满足现代飞机结构对碳纤维增强复合材料的表面涂层性能要求.     

用镀Cu-Fe碳纤维制备的铜基复合材料

用连续电镀法在碳纤维表面上先镀铜后镀铁,制备了镀Cu—Fe双镀层的碳纤维,研究了碳纤维与Cu—Fe双镀层的高温相容性,并用镀Cu—Fe的碳纤维制备了单向、混向铜基复合材料。测试了复合材料的弯曲强度、线热膨胀系数和电阻率。     

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。     

碳纤维增强聚乳酸（C／PLA）复合材料的力学性能（I）

对新型骨折内固定材料－碳纤维增强聚乳酸（C／PLA）复合材料的力学性能进行了评价。重点研究了纤维体积分数（Vf)和硝酸表面处理对C／PLA复合材料力学性能的影响规律。研究表明,随着Vf的增加,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和剪切强度均先增加,达峰值后又减小。硝酸表面处理可明显提高复合材料的界面结合强度,从而使其力学性能明显提高。     

Experimental Study on Tensile Behavior of Carbon Fiber and Carbon Fiber Reinforced Aluminum at Different Strain Rate

In this study, dynamic and quasi-static tensile behaviors of carbon fiber and unidirectional carbon fiber reinforced aluminum composite have been investigated. The complete stress–strain curves of fiber bundles and the composite at different strain rates were obtained. The experimental results show that carbon fiber is a strain rate insensitive material, but the tensile strength and critical strain of the C_f/Al composite increased with increasing of strain rate because of the strain rate strengthening effect of aluminum matrix. Based on experimental results, a fiber bundles model has been combined with Weibull strength distribution function to establish a one-dimensional damage constitutive equation for the C_f/Al composite.     

短切纤维增强复合材料拉伸强度的预测

在分析单向连续纤维增强复合材料纵向拉伸时细观受力与变形的基础上,对连续纤维的长度和方向进行尺寸和方向性修正,给出了短切纤维增强复合材料的拉伸强度预测公式.使用这个预测公式计算短切碳纤维增强PTFE复合材料的拉伸强度,预测值与实验值吻合得较好.     

纤维涂层法制备SiCf/Cu复合材料及其性能分析

为研究纤维涂层法制备SiCf/Cu复合材料的性能特点,通过磁控溅射法先后将Ti6Al4V界面改性层和基体Cu涂层涂覆到SiC纤维表面,并通过真空热压法将被涂覆的纤维制备成SiCf/Cu复合材料.对Ti6Al4V涂层、Cu涂层以及复合材料进行了微观分析,并测试了复合材料的拉伸强度.研究表明,复合材料的Cu基体由致密而细小的晶粒组成;Ti6Al4V提高了纤维/基体界面结合强度,复合材料轴向抗拉强度高达500 MPa,界面脱粘主要发生在纤维表面的碳涂层与纤维之间.     

基体合金对石墨/铝复合材料性能的影响

本文研究了不同基体合金(工业纯铝和LY12)对石墨/铝复合材料性能的影响,并初步探讨了其影响机理。结果表明:基体合金严重影响金属基复合材料的界面状态、基体相组织及分布,从而影响到最终复合材料的性能。与纯铝相比,LY12基体使石墨/铝复材料性能大幅度下降。     

连续纤维增强SiC复合材料制备工艺与性能研究进展

综述了国内外碳纤维与碳化硅纤维增强碳化硅复合材料的制备工艺与性能的研究进展,并介绍了其氧化性能及防护措施.认为连续纤维增强SiC复合材料的制备工艺复杂,成本较高,生产周期长,但是如果采用连接技术制备成陶瓷/金属复合构件使用,既有利于降低成本,又能够扩大该先进陶瓷基复合材料的应用范围.目前,国内对连续纤维增强的SiC复合材料与金属(如高温合金等)的连接技术研究较少.     

碳纤维表面溅射金属增强铜基复合材料的界面结合

先分别在碳纤维表面磁控溅射镀覆厚度约0.8 μm均匀分布的TiC和Ni,然后用传统粉末冶金技术制备碳纤维(体积分数为2.5%)增强铜基复合材料。结果表明,铜基复合材料的力学性能与电性能协同提高。碳纤维在基体中分布均匀,没有出现明显的偏聚。溅射钛的碳纤维增强复合材料的硬度和电性能分别为40.8HV和91.0%IACS,溅射镍的碳纤维增强复合材料的硬度和电性能分别为38.8HV和79.7%IACS。在结合界面Ti与C或Ni与Cu发生反应,都有利于界面结合。     

基体特性对D-Al2O3/Al 合金复合材料力学行为的影响

基体行为是短纤维增强金属基复合材料中一个重要的因素。本文将通过实验分析方法和在一定的理论分析模型上, 借助于弹塑性有限元分析方法, 对基体特性的变化对D-Al₂O₃/Al 合金复合材料力学行为的影响作较为详细的研究, 其中包括基体性能对应力传递、抗拉强度以及断裂机理的影响。研究表明, 基体性能的变化显著影响基体与纤维间的应力传递, 从而对复合材料的抗拉强度和断裂机理产生较大的影响。     

Characteristics of carbon fiber phenolic composite for journal bearing materials

Journal bearing materials are required to have special characteristics such as compatibility with rubbing interface materials, embeddability for particles and wear debris, conformability to accommodate misalignment, thermal and corrosion resistance. Although white metals or babbitt metals used in most journal bearing have almost the required characteristics, they have possibility of seizure between the bearing material and the journal when the oil film is broken.

In this study, a hybrid composite journal bearing composed of carbon fiber reinforced phenolic composite liner and metal backing was manufactured to solve the seizure problem of metallic journal bearing materials because the carbon fiber has self-lubricating ability and the phenolic resin has thermal resistance characteristics. To estimate the wear resistance of carbon fiber phenolic composite, wear tests were performed at several pressures and velocities. The oil absorption characteristics, coefficient of thermal expansion, strength and stiffness of the composite were also tested. Using the measured stiffness values, the thermal residual stresses in the composite were calculated to check the reliability of the composite journal bearing.     

Galvanic Corrosion and Mechanical Behavior of Fiber Metal Laminates of Metallic Glass and Carbon Fiber Composites

The possibility of galvanic corrosion typically prohibits the pairing of carbon fiber and aluminum in a fiber metal laminate (FML). In this study, the authors describe a new type of FML comprised of alternating layers of bulk metallic glass (BMG) and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite. The authors compare the galvanic coupling and mechanical behavior of an Al‐based FML and a BMG‐CFRP FML. Results show that when paired with CFRPs, BMG exhibits far less galvanic corrosion than aluminum paired with CFRP. In fact, the corrosion between BMG and CFRP is similar in magnitude to the corrosion between aluminum and glass fiber, the two constituent materials of GLARE, the most widely used FML. While interlaminar shear strength and flexural strength are similar for both FML types, the tensile strength and modulus of BMG‐based FMLs are greater than those of Al‐based FMLs.

     

纤维网格增强超高韧性水泥复合材料加固混凝土圆柱受压性能试验

为提升纤维增强聚合物复合材料（FRP）在加固材料中的优势和发挥效率,同时克服传统纤维网格增强砂浆的抗裂性差的缺点,将超高韧性水泥基材料（ECC）替代砂浆作为FRP网格无机黏结剂的新型复合材料已被提出,但仍缺乏相关的基础研究。本文以新型聚乙烯型ECC为基材,重点研究FRP grid/ECC加固混凝土柱的加固机制。以标准混凝土圆柱为试验对象,采用新型ECC材料为基材的FRP grid/ECC复合材料,以不同强度素混凝土、不同网格材料（玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）与碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）网格）为试验变量,研究了该加固方式下对混凝土轴心受压性能的影响。试验结果表明,该加固方法可有效改善素混凝土脆性压溃破坏模式,提高峰值强度及受压延性。基于FRP grid/ECC材性特征,提出两阶段FRP grid/ECC加固机制,并基于该机制提出加固素混凝土圆柱承载力计算方法。