物流包装用PP/CSW/hBN复合材料力学及摩擦性能

目的研究不同质量分数六方氮化硼对聚丙烯/硫酸钙晶须复合材料力学性能的影响。方法首先对六方氮化硼(hBN)表面进行改性处理,然后利用高速混合机将其与聚丙烯(PP)、改性硫酸钙晶须(CSW)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)混合均匀,最后利用熔融共混法,通过双辊塑练机制得PP/CSW/hBN复合材料。结果当添加hBN的质量分数为1%~1.5%时,pp/csw/hbn复合材料的力学性能最佳;hBN质量分数为1.5%时,复合材料的摩擦因数和磨损率最低。结论 hBN经过表面改性处理后,其在复合材料中分散性得到了改善,与聚丙烯基体界面间的结合力也得到提高,表现为对聚丙烯复合材料起到了补强、增韧和耐磨的作用。当hBN的质量分数达到一定量时,其在复合材料内部会出现团聚现象,从而降低复合材料的力学性能和摩擦性能。     

Si3N4/hBN复相陶瓷的研究现状及进展

Si3N4/hBN复相陶瓷凭借优良的综合力学性能,逐渐成为人们研究的热点。从制备工艺和性能出发阐述了国内外Si3N4/hBN复相陶瓷的研究现状,分析了各种制备方法的优缺点以及hBN含量对Si3N4/hBN复相陶瓷的可加工性能、力学性能、介电性能、摩擦学性能的影响,并指出简化工艺、降低烧结温度、hBN含量与性能定量表征等可能是今后的发展方向。     

hBN含量对Si3N4-hBN复相陶瓷性能和微观结构的影响

利用纳米级粉体经热压烧结制备了Si₃N₄-hBN复相陶瓷, 研究了hBN含量对Si₃N₄-hBN复相陶瓷致密度、力学性能、摩擦学性能、微观结构的影响。用阿基米德排水法、三点弯曲法和维氏压痕法测量材料的致密度、力学性能; 用摩擦磨损试验机测试材料的摩擦学性能; 用XRD、EDAX和SEM、LSCM分析观察材料的物相组成和微观结构。研究结果表明, 随着hBN含量的增加, 复相陶瓷的密度将会持续下降, 气孔率先是急剧上升, 然后趋于平缓, 力学性能持续下降, 干摩擦条件下复相陶瓷与GCr15配副的摩擦学性能呈现先提高后降低的趋势, 当hBN含量低于20wt%时, 随着hBN含量的增加, 摩擦系数和磨损率逐渐减小; 当hBN含量大于20wt%时, 摩擦系数和磨损率急剧增大; hBN含量为20wt%时, 获得最低的摩擦系数为0.31。hBN的引入直接影响Si₃N₄-hBN复相陶瓷的微观组织结构, 进而影响复合陶瓷的力学性能和摩擦学性能。     

机械合金化制备NiAl(Cr,Nb)粉体

采用机械合金化的方法制备NiAl(Cr,Nb)金属间化合物粉末。以Ni、Al、Cr和Nb的粉末为原料,按原子分数Ni-38Al-5Nb-5Cr配比,研究其机械合金化过程,并采用XRD,SEM,DSC等分析手段对粉末的结构、颗粒形貌及热稳定性能等进行表征。结果表明:复合粉末在球磨10h后初步合成了NiAl(Cr,Nb),随球磨时间的延长,粉末有细化的趋势,最终产物多为规则的近球形。     

机械合金化制备NiAl（Cr，Nb）粉体

采用机械合金化的方法制备NiAl（Cr,Nb）金属间化合物粉末：以Ni、Al、Cr和Nb的粉末为原料,按原子分数Ni-38Al-5Nb-5Cr配比,研究其机械合金化过程。并采用XRD,SEM,DSC等分析手段对粉末的结构、颗粒形貌及热稳定性能等进行表征：结果表明：复合粉末在球磨10h后初步合成了NiAl（Cr,Nb）,随球磨时间的延长,粉末有细化的趋势,最终产物多为规则的近球形．     

六方氮化硼-立方氮化硼/环氧树脂复合材料的制备与热物性能

环氧树脂(EP)高分子复合材料具有较低的热导率,其绝缘器件因散热及耐热性较差长期使用会出现故障和失效等隐患。通过向EP中添加微米氮化硼(BN)来制备具有高耐热性、高热导率的复合绝缘材料,并研究了复合材料的导热性能和耐热性能。结果表明：在六方氮化硼(hBN)质量分数为30wt%时,复合材料的热导率为0.444 W/(m·K),是纯EP的2.3倍。使用KH560改性hBN制备的复合材料,在填料质量分数为30wt%时,复合材料的热导率为0.456 W/(m·K),比未改性略有提高。而对于hBN-cBN/EP热压复合材料,在填料质量分数为30wt%时,其面内热导率为1.32 W/(m·K),远大于法向热导率。通过混掺制备了两种粒径(1、5～10μm)的hBN/EP复合材料,结果表明：填料混掺能明显提高材料的耐热性,通过向hBN/EP复合材料中添加1μm和10μm两种不同粒径的立方氮化硼(cBN)制备复合材料及其热压复合材料,结果表明：加入cBN和热压都能提高复合材料的耐热性能。     

化学镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料电磁屏蔽性能

采用化学镀方法对碳纤维进行表面镀镍, 采用SEM、 EDX、 XRD分析了镀镍碳纤维的微观形貌、 镀层成分和镀层结构, 通过电阻测试研究了镀镍碳纤维的导电性。将体积分数为2.5%、 5%、 7.5%、 10%的镀镍碳纤维作为导电填料制备镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料, 并用屏蔽室法测试了不同频段复合材料的屏蔽效能。结果表明: 碳纤维化学镀镍后, 表面形成了一层均匀的复合镀层, 镀层中镍的质量分数高达94%, 镀镍碳纤维的电阻值仅为碳纤维原丝的1/54。镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽能力较碳纤维原丝有所提高。复合材料的屏蔽效能随镀镍碳纤维添加量的增加而升高。在低频频段(kHz频段), 复合材料的屏蔽能力主要决定于材料的本征参数, 不同镀镍碳纤维含量的镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的屏蔽能力相差不大; 在中高频频段(MHz、 GHz频段), 镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料屏蔽效能主要决定于材料的电阻率。     

化学镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料电磁屏蔽性能

采用化学镀方法对碳纤维进行表面镀镍,采用SEM、EDX、XRD分析了镀镍碳纤维的微观形貌、镀层成分和镀层结构,通过电阻测试研究了镀镍碳纤维的导电性.将体积分数为2.5％、5％、7.5％、10％的镀镍碳纤维作为导电填料制备镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料,并用屏蔽室法测试了不同频段复合材料的屏蔽效能.结果表明:碳纤维化学镀镍后,表面形成了一层均匀的复合镀层,镀层中镍的质量分数高达94％,镀镍碳纤维的电阻值仅为碳纤维原丝的1/54.镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽能力较碳纤维原丝有所提高.复合材料的屏蔽效能随镀镍碳纤维添加量的增加而升高.在低频频段(kHz频段),复合材料的屏蔽能力主要决定于材料的本征参数,不同镀镍碳纤维含量的镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的屏蔽能力相差不大;在中高频频段(MHz、GHz频段),镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料屏蔽效能主要决定于材料的电阻率.     

生物基六方氮化硼分散液在环氧复合材料中的应用

六方氮化硼(hBN)是具有良好机械性能、高导热性和优异润滑性能的新型二维纳米材料,它具有增强聚合物纳米复合材料的潜力。将hBN均匀分散于生物基环氧单体糠醇缩水甘油醚(FgE)中,采用TEM和AFM对其在FgE中的分散状态进行了表征,成功制备了低于10层的hBN纳米片分散液。将FgE-hBN分散液作为环氧树脂的活性稀释剂,在不使用任何有机溶剂作稀释剂的情况下,制备了FgE-hBN/环氧复合材料。研究结果证明,在FgE-hBN的存在下,环氧树脂的疏水性、耐热性能、机械性能以及耐摩擦性能均得到极大提升。环氧树脂性能的提高主要归因于良好分散的hBN纳米片自身具有的高疏水性、强导热性、强机械性及高润滑等优异性能。     

Al_2O_3-ZrO_2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性

以Al2O3-ZrO2复合粉末、W、Cr、Ni、Co粉末为原料,采用热压烧结工艺制备了性能优良的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷复合材料。通过SEM,EDS,XRD等手段分析其微观组织,单边梁开口法(SENB)测量其断裂韧性。实验结果表明在1320℃,20MPa条件下热压烧结制备的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性为7.16±0.4MPa.m1/2,硬度为83.3HRA,横向断裂强度为540MPa,相对致密度为97.4%;对维氏压痕下裂纹扩展进行了分析,其增韧机理为延性金属对裂纹的桥梁作用和氧化锆相变增韧,在裂纹通过时硬质相以沿晶断裂为主。     

纤维预热温度对连续Al2O3f/Al复合材料力学性能的影响

选用Nextel610型Al₂O₃纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体,采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al₂O_3f/Al),纤维的体积分数为40%,预热温度分别为500、530、560和600℃,研究了纤维预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高,最大达到99.2%,材料的组织缺陷最少,纤维的分布均匀;随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al₂O₃纤维的拉伸强度不断降低,纤维预热温度为600℃的复合材料中Al₂O₃纤维的拉伸强度仅为1150 MPa,纤维表面粗糙,有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度,是影响连续Al₂O_3f/Al复合材料强度的主要因素。     

添加La_2O_3对搅拌摩擦加工制备Ni/Al复合材料组织和性能的影响

采用搅拌摩擦加工(FSP)方法在Al基体中添加微米级Ni粉及(Ni+La_2O_3)混合粉末,制备Ni/Al及(Ni+La_2O_3)/Al复合材料。采用SEM、EDS及XRD对复合区微观结构及相组成进行分析,采用室温拉伸试验对Ni/Al、(Ni+La_2O_3)/Al复合材料力学性能进行了测试。结果表明:Ni/Al复合材料中主要成分为Al、Al3Ni和Ni粉团聚物,Ni粉团聚物尺寸粗大,形貌呈壳-核结构,核为团聚的Ni,壳为Al3Ni增强相层;La_2O_3对Al-Ni原位反应有较大影响,能够强化Al-Ni原位反应,生成更多增强相;La_2O_3阻碍了Ni粉的相互吸附和聚拢行为,从而减少了团聚现象;(Ni+La_2O_3)/Al复合材料的抗拉强度可以达到186 MPa,与Al基体(抗拉强度72 MPa)、纯Al FSP(抗拉强度90 MPa)、Ni/Al复合材料(抗拉强度144 MPa)相比,其抗拉强度分别提高了158%、107%、29%。     

SiBNC_f/SiBNC陶瓷复合材料抗氧化性能

以聚硼硅氮烷(PBSZ)为前驱体,SiBNC纤维(SiBNCf)为增强纤维,采用前驱体聚合物裂解转化与热压烧结技术相结合的方法制备了SiBNCf/SiBNC陶瓷复合材料。在800~1 500℃空气气氛下非等温氧化1~3h,研究了SiBNCf/SiBNC的氧化演变机制及氧化动力学行为。采用SEM、XRD研究了SiBNCf/SiBNC陶瓷复合材料氧化实验前后的微观形貌、物相,采用阿基米德体积排水法和三点弯曲测试法分析了复合材料的密度、孔隙率及力学性能。结果表明:SiBNCf/SiBNC陶瓷复合材料具有优异的抗氧化性能和高温稳定性,生成的氧化膜能有效阻隔氧气的进入,并且有效填补了SiBNCf/SiBNC复合材料的裂纹及孔洞缺陷,具有高温自愈合行为。SiBNCf/SiBNC复合材料氧化后密度提高,这能大幅度提高其三点弯曲强度,当密度从1.67g/cm3提高到1.86g/cm3时,气孔率下降41%,弯曲强度从7.51 MPa提高到26.54 MPa。     

Y_2W_3O_(12)/Ni复合材料的制备及热膨胀性能

为研究Ni基Y2W3O12复合材料的热学性能,首先,采用二次焙烧法制备了负膨胀材料Y2W3O12;然后,将Y2W3O12与金属Ni进行混合,并在1 200℃、50 MPa的条件下热压烧结制得40vol%Y2W3O12/Ni复合材料;最后,对复合材料的成分及热膨胀性能进行了研究。结果表明:在热压烧结过程中,由于Ni的还原性比W差,相对于对比试样40vol%Y2W3O12/Cr复合材料中发生的复杂化学反应,40vol%Y2W3O12/Ni复合材料的两相之间并未发生反应,使40vol%Y2W3O12/Ni复合材料保持了较低的热膨胀系数;经数次循环退火释放热应力及去除Y2W3O12相的结晶水后,40vol%Y2W3O12/Ni复合材料在170~800℃温度范围内的热膨胀系数趋于稳定,约为3.4×10-6 K-1,与理论设计值4.0×10-6 K-1相近。     

Bi2O3助熔剂对CaO-B2O3-SiO2/Al2O3玻璃陶瓷复合材料性能的影响

以CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)玻璃粉体和Al₂O₃陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al₂O₃的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi₂O₃作为烧结助熔剂,探讨了Bi₂O₃助熔剂对CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi₂O₃助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al₂O₃复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al₂O₃复合材料.然而,过量添加Bi₂O₃将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi₂O₃的添加量为CBS/Al₂O₃复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al₂O₃复合材料,密度为2.82 g·cm^-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10^-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10^-6 K^-1.     

放电等离子体烧结制备Mg85Zn6Y9颗粒增强Mg-9Al-1Zn复合材料组织与力学性能

采用高能球磨法和放电等离子体烧结（SPS）技术,以包含100%长周期堆垛有序结构（LPSO）相Mg₈₅Zn₆Y₉镁合金为原料,通过将其球磨成纳米晶颗粒后与Mg-9Al-1Zn（AZ91）镁合金雾化颗粒进行机械混合,并在350℃烧结温度下成功制备出不同质量分数（0~30wt%）的LPSO相Mg₈₅Zn₆Y₉颗粒增强AZ91复合材料（Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91）。采用光学显微镜（OM）、SEM及TEM对Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91复合材料的微观组织结构进行表征;采用XRD分析其固溶处理前后的相转变;与此同时对复合材料进行显微硬度与压缩试验,综合研究其微观组织与力学性能的关系。相关结果表明,Mg₈₅Zn₆Y₉颗粒经3 h高能球磨后颗粒尺寸显著减小,硬度随晶粒细化而提升。Mg₈₅Zn₆Y₉增强颗粒主要分布在AZ91基体颗粒边界处,随着Mg₈₅Zn₆Y₉质量分数的增加,增强相颗粒有相互结合成连续网格状趋势。增强颗粒与基体界面处未见明显过渡层,基体界面处的β相经400℃×24 h固溶处理后进入基体,部分增强颗粒亦转变为Mg相。本实验条件下制备的最佳性能的20wt% Mg₈₅Zn₆Y₉/AZ91复合材料经固溶处理后的室温屈服强度从200 MPa转变为230 MPa,屈服强度均较未添加Mg₈₅Zn₆Y₉的AZ91镁合金有较大的提高。     

Investigations on NiAl composites fabricated by matrix coated single crystalline AlO-fibers with and without hBN interlayer

The intermetallic compound NiAl has excellent potential for high temperature structural applications but suffers from low temperature brittleness and insufficient high temperature strength. One way to remove these deficiencies is the reinforcement by high strength ceramic fibers. Such intermetallic matrix composites can be conveniently fabricated by the hot pressing of matrix coated fibers. Al₂O₃ single crystal fibers show excellent chemical stability with the NiAl matrix, but the residual thermal compressive stresses during cool down dramatically degrades the fiber strength and thus, renders the composite useless for structural applications. We report on an experimental and computational study to mitigate this problem and to fabricate Al₂O₃/NiAl composites with sufficient high temperature strength. Analytical TEM, mechanical testing and push-out tests were employed to characterize chemistry, microstructure and mechanical properties of the composites. It will be shown that a processing window exists that allows producing intermetallic matrix composites with promising mechanical properties.     

NH4HCO3用量对Ni/La10Si5.8Mg0.2O26.8阳极微观结构的影响

磷灰石型硅酸镧是新型的氧离子导体。本研究采用柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶法制备磷灰石型硅酸镧(La₁₀Si_5.8Mg_0.2O_26.8)纳米粉末, 将其与NiO纳米粉末按4:6的质量比、并添加不同量的NH₄HCO₃造孔剂进行混合, 通过在1400℃温度下烧结及在600℃氢气中还原制备Ni/La₁₀Si_5.8Mg_0.2O_26.8多孔复合阳极。采用XRD和SEM对样品进行了物相和表面微观形貌表征。采用阿基米德排水法和交流阻抗谱测定了样品的孔隙率和阳极片的室温电阻。实验结果表明, 多孔复合阳极片不含微观裂纹, 未还原陶瓷样品的平均热膨胀系数为10.7×10^-6 K^-1。随着NH₄HCO₃造孔剂加入量的增加, Ni、磷灰石型硅酸镧的晶粒尺寸及气孔尺寸减小, 孔隙率增加, 孔隙率为30%~45%; 阳极电阻先降低后增加。综合考虑阳极片的物相、表面微观形貌、孔隙率和电阻, 以加入30wt% NH₄HCO₃造孔剂所制得的阳极片最佳。     

稀土氧化物(La2O3或CeO2)对搅拌摩擦加工制备Ni/Al复合材料组织和性能的影响

采用搅拌摩擦加工（FSP）的方法制备Ni/Al复合材料,并在此基础上添加不同种类稀土氧化物（La₂O₃或CeO₂）,通过SEM、EDS、XRD、电子探针（EPMA）和室温拉伸试验研究稀土氧化物对FSP制备Ni/Al复合材料组织和性能的影响。结果表明：Ni/Al复合材料复合区有较明显的Ni粉团聚物存在,Ni-La₂O₃/Al、Ni-CeO₂/Al复合材料中Ni粉团聚物数量减少,尺寸减小。La₂O₃和CeO₂均对Al-Ni原位反应有较大影响,能够促进Al-Ni原位反应的进行,生成更多增强相。Ni-CeO₂/Al复合材料与Ni-La₂O₃/Al复合材料相比,复合区组织更加均匀,增强颗粒Al₃Ni含量更多。La₂O₃和CeO₂均能显著提高FSP制备Ni/Al原位复合材料的抗拉强度。Ni-La₂O₃/Al复合材料的抗拉强度达到221 MPa,Ni-CeO₂/Al复合材料的抗拉强度达到238 MPa,两者相比于Ni/Al的复合材料抗拉强度（166 MPa）分别提高了33.1%和43.4%。