连续碳纤维增强聚乳酸复合材料3D打印及回收再利用机理与性能

纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强的优异特性,但传统成型工艺具有成本高、过程复杂、难以回收的缺点限制了复合材料的广泛应用,介绍了一种新的连续纤维增强热塑性复合材料3D工艺(CFRTPCs)及其回收再利用策略,建立成型过程与界面性能、力学性能的内在联系,打印连续碳纤维增强聚乳酸(CF/PLA)样件抗弯强度与模量分别达到390MPa与30.8GPa,实现了复合材料低成本一体化快速制造,其回收再利用过程无污染,材料利用率为75%,二次打印样件抗弯强度提高25%左右,实现了复合材料高效高性能绿色回收再利用,二者结合形成一种全生命周期复合材料应用模式。     

连续碳纤维增强尼龙6复合材料3D打印装备与参数调控

为实现高性能纤维增强树脂基复合材料低成本、一体化快速制造,本文研究了一种连续纤维增强热塑性复合材料3D打印技术。借鉴熔融沉积成形工艺,建立了其成形原理,设计了集成打印头模块并搭建原理样机,采用二级喷嘴对打印工艺参数进行调控,建立了工艺参数对纤维含量与力学性能的影响关系,在纤维体积含量达到44.1vol%时,连续碳纤维增强尼龙6复合材料的拉伸强度与模量达到405MPa与80.6GPa,弯曲强度与模量达到565.8MPa与62.1GPa。     

麦秸纤维/聚丙烯复合材料的制备与力学性能

采用热磨提取法提取麦秸纤维,研究了硅烷偶联荆种类、麦秸纤维含量以及相容剂MAPP含量对麦秸纤维与废旧聚丙烯问的界面相容性以及制备的复合材料力学性能的影响;用扫描电镜和三维体视显微镜观察了麦秸纤维的分散性以及复合材料冲击断口形貌.结果表明:经3%KH550处理后,麦秸纤维与废旧聚丙烯间的相容性得到明显改善,提高了复合材料的力学性能;当麦秸纤维质量分数为20%左右时,其在废旧聚丙烯基体中分散均匀,增强效果最佳;且当MAPP质量分数为8%左右时,材料的抗拉、抗弯以及抗冲击强度均达到最大值,分别为61.14MPa、68.25 MPa和11.25 kJ·m-2.     

不同方法制备TiC/Ni_3Al金属陶瓷的组织与性能

采用粉末冶金法,通过镍粉和铝粉的原位反应合成以及预合成两种方法制备Ni3Al,在1 440~1 470℃真空烧结制备了TiC/Ni3Al金属陶瓷,研究了Ni3Al含量、烧结温度和钼含量对金属陶瓷组织和力学性能的影响。结果表明:两种方法制备的金属陶瓷都具有传统金属陶瓷的典型芯环结构;随着Ni3Al含量的增多,金属陶瓷的致密度和抗弯强度均增大,而硬度呈先升后降的趋势;在1 450℃烧结制备的金属陶瓷具有良好的硬度和抗弯强度;钼的添加可以提高TiC/Ni3Al金属陶瓷的抗弯强度,但却使其硬度下降,当钼的质量分数为10%时,TiC/30%Ni3Al金属陶瓷具有良好的综合力学性能,其抗弯强度和硬度分别为1 330 MPa和85.8HRA。     

连续纤维增强复合材料变刚度结构3D打印与性能研究

连续纤维增强复合材料变刚度结构可以通过调控纤维含量和方向分布以最大化利用纤维的性能优势。然而现有制造工艺难以实现纤维含量的精确调控,基于连续纤维增强复合材料3D打印工艺,建立了工艺参数与纤维含量的映射关系,通过动态调控打印过程中纤维与树脂的进给比例,实现了连续纤维增强复合材料变刚度结构的一体化无模快速制造。系统研究了纤维含量变刚度分布对制件弯曲与冲击性能的影响,在相同平均纤维含量下,3D打印变刚度结构的抗弯模量与冲击强度分别比均质结构提高了70%和65%。通过建立3D打印连续纤维增强复合材料变刚度结构的本构及有限元分析模型对其失效行为进行了分析,结果表明将较高纤维含量设置在制件的背侧,可以增加制件对纤维拉伸破坏的抵抗能力,大大提高制件的承载能力和纤维的使用效率。研究为航天航空、轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新的思路。     

多孔C_f/A复合材料的制备与性能

通过硝酸铝饱和溶液循环浸渗热解制备了 C纤维编织体增韧多孔氧化铝陶瓷基复合材料 (Cf/ A) ,并对浸渗效果、复合材料的微观结构和力学性能进行了测试分析。结果表明硝酸铝溶液对 C纤维编织体有很好的渗透性 ,单丝纤维和纤维束之间被氧化铝基体均匀填充。实验制备的 Cf/ A复合材料密度为 1.94g/ cm3,开气孔率为 2 2 % ,室温抗弯强度为 12 1MPa,断裂应变达到 3%。     

明胶凝胶注模成型不锈钢浆料的制备与生坯的性能

选用316L不锈钢粉为原料、海藻酸钠为分散剂、明胶为粘结剂,研究了固相、分散剂和粘结剂含量对浆料的流动性以及凝胶注模成型生坯抗弯强度的影响。结果表明:当pH值为7、固相体积分数为56%、分散剂质量分数为1.0%、粘结剂质量分数为0.8%时,浆料的黏度小于1 000 MPa·s,按此工艺参数制备的生坯在室温下干燥后,其抗弯强度可达到3.6 MPa。     

纳米HfC对微波烧结TiB2基金属陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响

采用微波烧结技术快速制备一种力学性能良好的TiB₂基金属陶瓷刀具材料,研究了纳米HfC含量对金属陶瓷力学性能和微观组织的影响,分析了微观组织和力学性能之间的关系,揭示了纳米HfC对金属陶瓷刀具材料的增强补韧机理。结果表明：加入纳米HfC可显著提高材料的断裂韧度和抗弯强度,含20wt.%HfC的金属陶瓷断裂韧度和抗弯强度相较于未加HfC的断裂韧度和抗弯强度分别提高了36.7%和45.4%,断裂韧度高达10.68MPa·m^1/2±0.30MPa·m^1/2;随着纳米HfC含量的增加,TiB₂基体晶粒由粗大、无规则形状向细小、矩形形状转变,平均晶粒尺寸可缩小到原来的1/2.6;TiB₂-TiC-HfC金属陶瓷的主要增强补韧机理为细晶强化、颗粒弥散强化、固溶强化、裂纹偏转和钉扎效应。     

自蔓延原位合成TiC/MOSi2复合材料及其力学性能

以钼、硅、钛和碳粉为原料,采用自蔓延原位合成技术制备了不同体积分数TiC强韧化的MoSi2基复合材料,研究了TiC颗粒对MoSi2基体材料显微组织和力学性能的影响.结果表明:TiC颗粒均匀分布于MoSi2基体中;TiC体积分数为30%时,TiC/MoSi2复合材料硬度、抗弯强度和断裂韧度分别达到15.02 GPa、366 MPa和6.26 MPa·m1/2,比纯MoSi2分别增加61.5%、26.8%和150%;复合材料的断口表现为沿晶断裂和准解理断裂的混合形式,其强化机制是细晶强化和弥散强化,韧化机制为细晶韧化.     

960MPa级含钼低碳钢钼含量与热处理工艺的确定

为了得到屈服强度960 MPa级高强度低碳结构钢的最佳钼含量和热处理工艺,采用显微组织分析、力学性能检验、断口分析等方法研究了热处理工艺对不同钼含量试验钢显微组织与力学性能的影响。结果表明:随钼含量增加,淬火态试验钢的抗回火软化能力逐渐增强;最优钼含量为0.4%(质量分数),此成分试验钢经最佳热处理工艺(880℃淬火+580℃回火)处理后屈服强度为988 MPa(达到试制要求),抗拉强度为1 000 MPa,伸长率为15.5%,-20℃夏比冲击功为52 J,且冲击断口具有韧窝特征,此时试验钢显微组织为回火托氏体,淬火马氏体板条部分发生分解。     

SiC_p增强复合钎料薄膜活性钎焊SiC陶瓷接头的微观结构及力学性能

采用流延成型技术制备了不同体积分数(10%~40%)SiC_p增强Ag-Cu-Ti(SiC_p/AgCu-Ti)复合钎料薄膜,按照Ag-Cu-Ti合金箔片/(SiC_p/Ag-Cu-Ti复合钎料薄膜)/Ag-Cu-Ti合金箔片的三明治结构对SiC陶瓷进行钎焊,研究了钎焊接头的微观形貌和微区成分,测试了其室温和高温抗弯强度。结果表明:SiC_p均匀分散在钎缝金属中,其周围包裹着厚0.6~0.8μm的反应产物层;SiC陶瓷与钎缝金属结合紧密,二者之间形成了厚0.75~0.90μm的界面反应层,界面反应层主要由TiC和Ti5Si3组成;随着复合钎料薄膜中SiC_p含量的增加,接头的室温抗弯强度先略微下降再增大,当SiC_p体积分数为40%时达到最高,为301 MPa,同时其600℃高温抗弯强度达到193MPa,明显高于无SiC_p增强的普通钎焊接头的。     

热压烧结法制备氧化铝/透辉石陶瓷复合材料

采用热压烧结法制备了氧化铝/透辉石复相陶瓷材料,分析了复合材料的微观结构,测试了复合材料的断裂韧度、硬度和抗弯强度与透辉石颗粒含量的对应关系.结果表明:在28 MPa、1 450℃×30 min条件下热压烧结制备的复相陶瓷材料,其抗弯强度、断裂韧度均有明显提高,最高达到442.5 MPa和4.76 MPa·m1/2.     

热挤压模具用Al2O3/(W,Cr)金属陶瓷的性能

采用热压烧结法制备了不同Al2O3含量的热挤压模具用Al2O3/(W,Cr)金属陶瓷,并研究了其力学性能、抗热震性能及摩擦磨损性能.结果表明:Al2O3/(W,Cr)陶瓷的最大抗弯强度和断裂韧度分别达到800 MPa和13 MPa·m1/2;Al2O3体积分数为60%的金属陶瓷抗热震性能优于体积分数为70%的;两者的摩...     

聚乳酸/玄武岩纤维复合材料的制备及性能研究

采用密炼机熔融共混后模压成型方法,制备玄武岩纤维(basalt fiber,BF)增强聚乳酸(PLA)复合材料。通过力学测试,研究了玄武岩纤维含量、辐照剂量对复合材料力学性能的影响。试验结果表明:随着纤维含量增加,复合材料比纯PLA树脂更能抵抗变形,这表现在复合体系弹性模量随玄武岩纤维含量的增加而提高。     

尼龙6／铜复合粉末选区激光烧结工艺参数优化及力学性能研究

制备了不同铜粉含量（质量分数）的尼龙6机械混合复合粉末,对复合粉末进行激光烧结,利用扫描电镜对烧结件的形貌进行了表征,通过正交试验优化工艺参数,并研究了铜粉含量对烧结件力学性能的影响。结果表明,铜粉与尼龙表面黏结良好,铜粉均匀分布在尼龙基体中;随着铜粉含量增加,烧结件抗弯强度、抗拉强度显著提高,冲击强度逐渐降低;铜粉含量为50％时,烧结试样抗拉强度为43．28MPa,抗弯强度为77．66MPa,硬度为112HRL,分别比纯尼龙6提高了10．04％、59．27％和39．29％。     

苎麻增强环氧树脂复合材料的力学性能

分别以苎麻原麻和碱麻为增强体,KH550为偶联剂,制备了苎麻增强环氧树脂复合材料,研究了偶联剂用量和纤维含量对复合材料力学性能的影响,并对拉伸断口进行了观察。结果表明:当纤维的质量分数为50%,偶联剂用量为2%时,原麻/环氧树脂复合材料的力学性能最好,拉伸强度为172.9MPa,弯曲强度达365.4MPa;当纤维的质量分数为50%,偶联剂用量为3%时,碱麻/环氧树脂复合材料具有最好的拉伸性能,拉伸强度为117.3MPa;当纤维的质量分数为40%,偶联剂用量为3%时,碱麻/环氧树脂复合材料具有最好的弯曲性能,弯曲强度达293.2MPa。     

苎麻纤维增强低密度聚乙烯复合材料的组织与性能

以苎麻原麻、纱线和麻布作增强体,与低密度聚乙烯制备复合材料,研究了复合材料的拉伸性能和增强体的热性能.结果表明:苎麻原麻的增强效果最好,复合材料的抗拉强度最大,达到91.494 MPa;纱线次之,麻布增强效果最差;经碱处理后复合材料的界面性能改善,纱线和麻布增强的复合材料强度、弹性模量明显提高,纤维热稳定性也增强.     

Si_3N_(4p)-SiC_w/MoSi_2复合材料的强韧化效果与机制

通过显微组织观察和力学性能测试,对SiC晶须和Si3N4颗粒复合强韧化MoSi2的效果及其作用机制进行了初步研究和探讨。结果表明:复合材料中的SiC晶须和Si3N4颗粒的加入可大幅提高其抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度;弥散强化和细晶强化是复合材料强度提高的主要机制,抗弯强度达到427 MPa;通过晶粒细化、裂纹偏转和分叉等机制的综合作用使复合材料增韧,室温断裂韧度达到10.4 MPa.m1/2。     

芳纶浆粕纤维增强酚醛泡沫的微观结构及性能

采用芳纶浆粕(AP)纤维对酚醛泡沫进行增强制备了AP纤维增强酚醛泡沫,考察了AP纤维增强酚醛泡沫的压缩强度、压缩模量、泡孔结构以及热稳定性能。结果表明:随着AP纤维填充量(质量分数)增加,酚醛泡沫的压缩强度和压缩模量均呈先增加后减小的变化趋势;当AP纤维的填充量为3.1%时,酚醛泡沫的压缩强度最大,为0.37 MPa,此时泡孔尺寸明显变小且均匀性提高,纤维分布在泡壁中通过与树脂形成良好的结合起到增强效果;当AP纤维填充量为4.58%时,压缩模量达到最大,为14 MPa;AP纤维的加入有助于提高酚醛泡沫的热稳定性。     

混合稀土和TiH2对金刚石工具用铁基胎体性能的影响

研究了不同含量富Ce混合稀土(Re)在不同烧结温度下对含有质量分数为2%的TiH2和不含TiH2的铁基胎体显微组织和力学性能的影响.实验结果表明铁基胎体的抗弯强度和硬度随混合稀土含量的增加而增加,抗弯强度增加的幅度比硬度增加的幅度大,同时稀土元素在不含TiH2的Fe基胎体中的作用比在含有TiH2的Fe基胎体中的作用显著.在含TiH2的Fe基胎体中,当稀土质量分数为0.5%时,胎体的抗弯强度达到最大值,抗弯强度的最大值增幅为12.4%;在不含2%(质量分数)TiH2的Fe基胎体中,当稀土质量分数为1.1%时,胎体的抗弯强度达到最大值,抗弯强度的最大增幅为35.1%.不含TiH2的铁基胎体的抗弯强度高于含有2%(质量分数)TiH2的铁基胎体,而且两种胎体抗弯强度的差距随着稀土含量的增加而不断增大,二者之间抗弯强度的最大差值约230 MPa.添加微量的稀土使铁基胎体的孔隙率降低,晶粒细化,而添加TiH2使铁基胎体的孔隙率增加,并在组织中出现粗大的脆性相.