SiC颗粒体积分数对SiCp/Al复合材料疲劳裂纹扩展的影响

本文通过对疲劳裂纹扩展速率的测试和对疲劳裂纹扩展路径及疲劳断口的观察分析,研完了SiC颗粒体积分数对SiCp/Al复合材料疲劳裂纹扩展的影响.结果表明:随着SiC颗粒体积分数的增加,复合材料疲劳裂纹扩展抗力增加,但只有SiC颗粒体积分数为15％时,复合材料的疲劳裂纹扩展抗力才优于基体.      

WC_p含量对粉末冶金Cu/WC_p复合材料疲劳裂纹扩展行为的影响

通过粉末冶金热压烧结法制备高压电触头Cu/WC_p颗粒增强复合材料,研究WC_p颗粒含量(15%和3%,体积分数,下同)对Cu/WC_p复合材料的疲劳裂纹扩展行为的影响,并结合SEM进行断口分析;利用原位SEM疲劳裂纹观测系统原位观察微裂纹萌生,分析颗粒对裂纹扩展路径的影响机制。结果表明:在相同应力强度因子幅(△K)下WC_p含量为15%的Cu/WC_p的疲劳裂纹扩展速率大于WC_p含量为3%的复合材料;颗粒含量的增加并没有提高复合材料的裂纹扩展门槛值△K_(th),这主要是因为颗粒和基体的界面属于弱界面;在疲劳过程中颗粒脱粘形成裂纹源,不同脱牯微裂纹连接长大形成主裂纹是Cu/WC_p颗粒增强复合材料的疲劳损伤形式;当主裂纹尖端和颗粒WC_p相互作用时裂纹基本沿着颗粒界面往前扩展;复合材料的断裂模式从WC_p低含量3%时的颗粒脱粘-裂纹在基体里穿晶断裂,过渡为WC_p高含量15%时颗粒脱粘-基体被撕裂为主。     

颗粒增强金属基复合材料疲劳研究进展

对近年来颗粒增强金属基复合材料的疲劳研究进行了总结,从疲劳裂纹萌生及疲劳裂纹扩展方面讨论了其疲劳行为及机理,总结了增强颗粒特性、基体特性对其疲劳性能的影响,展望了颗粒增强金属基复合材料疲劳研究的发展前景。     

颗粒增强铝基复合材料的疲劳研究进展

对近年来颗粒增强铝基复合材料疲劳性能研究进展进行了总结,介绍了颗粒增强铝基复合材料的强化机制,概括了影响材料疲劳性能的几个重要的因素,从裂纹萌生以及裂纹扩展方面阐述了其疲劳行为及微观失效机制,并提出了未来颗粒增强铝基复合材料的研究趋势。     

放电等离子烧结WC/Fe复合材料摩擦磨损性能

采用放电等离子烧结技术制备了WC质量分数为40%的WC/Fe复合材料,研究了不同烧结温度条件下WC/Fe复合材料的致密度、组织、硬度及干摩擦磨损性能。利用SEM和XRD分析了不同烧结温度条件下存在的物相;采用销-盘摩擦磨损试验机(盘试样选用~80μm的Al2O3砂纸,滑动距离约为950m)测量了马氏体耐磨钢和WC/Fe复合材料在不同载荷下相对磨损率;用SEM观察磨损形貌,确定WC/Fe复合材料的磨损机制。结果表明:烧结温度为1080℃时,WC/Fe复合材料实现完全致密,WC陶瓷颗粒均匀分布在基体中并与基体界面结合良好;随着WC/Fe复合材料完全致密化,其硬度及耐磨性能逐渐提高;WC/Fe复合材料的耐磨性能远优于马氏体耐磨钢。WC/Fe复合材料磨损机制主要为氧化磨损和磨粒磨损。在低载荷条件下,颗粒脱离基体造成氧化膜破裂,促使材料表面受损;较高载荷条件下,WC陶瓷颗粒破碎加速氧化膜破裂,加快了材料的磨损。     

不同陶瓷颗粒增强Cu基复合材料的制备及导电性能

以纯铜为基体,以WC、AlN、TiN、MgB2等具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒为增强相,采用球磨-冷压-烧结工艺制备了WCp/Cu、AlNp/Cu、TiNp/Cu和MgB2p/Cu系列复合材料.研究了制备工艺的不同环节对铜基复合材料导电性能的影响,讨论了不同陶瓷颗粒增强铜基复合材料的导电性能.结果表明相同制备工艺及体积分数条件下,以具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒作为增强相的铜基复合材料的导电性能相近,球磨、冷压、烧结、复压及复烧等工艺环节对铜基复合材料导电性能有不同程度的影响,提高铜基复合材料的致密度为提高其导电性能的关键.     

不同应力比下Cu/WCp复合材料疲劳裂纹扩展行为及影响机制分析

通过粉末冶金工艺制备了一种高压电触头用Cu/WCp颗粒增强复合材料。研究了不同应力比下Cu/WCp颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展行为,并结合裂纹闭合模型和两参数驱动力模型分析了应力比对Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率的影响机制。研究结果表明:随着应力比R的增大裂纹扩展速率增大,尤其在近门槛值附近裂纹扩展速率差别最明显。裂纹闭合模型和两参数驱动力模型均可以较好地将不同应力比R下(da/d N-ΔK)关系曲线关联起来,且两参数驱动力模型的相关性更好。这说明导致不同应力比R下Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率差异的原因主要是Kmax引起裂纹尖端单调损伤,其次是裂纹闭合效应。根据SEM断口分析发现高应力比的断面较低应力比的粗糙,低应力比时断口以基体撕裂为主而高应力比时以颗粒基体脱粘为主。     

颗粒种类及制备工艺对铜基材料性能影响

以纯铜为基体,以WC、AlN、TiN、MgB2等具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒为增强相,采用粉末冶金工艺制备了WCp/Cu、AlNp/Cu、TiNp/Cu和MgB2p/Cu系列复合材料.研究了不同增强颗粒、制备工艺的不同环节对铜基复合材料导电性能的影响.结果表明:相同制备工艺及体积分数条件下,以具有不同导电性能与密度的陶瓷颗粒作为增强相的铜基复合材料的导电性能相近,混粉、压制、烧结、复压及复烧等工艺环节对铜基复合材料导电性能有不同程度的影响,提高铜基复合材料的致密度为提高其导电性能的关键.     

城轨列车制动盘SiC_(p)/A356复合材料热疲劳裂纹扩展机理EI北大核心CSCD

为研究制动盘服役温度载荷及材料微结构对SiC_(p)/A356复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响,明确其热疲劳裂纹扩展微观机理,开展SiC_(p)/A356复合材料热疲劳裂纹扩展实验。结果表明:裂纹扩展过程包括由SiC颗粒偏转作用和二次裂纹释放扩展驱动力导致的缓慢扩展阶段和主裂纹与裂纹扩展前端微损伤连接的快速扩展阶段;加热温度较低时,裂纹扩展的“台阶状”特征明显,整体扩展速率较低,裂纹宽度较小,裂纹扩展方式为颗粒断裂、轻量基体撕裂和沿界面开裂;加热温度较高时,“斜直线跃升”阶段更为明显,裂纹宽度较大且扩展速率较高,裂纹扩展以颗粒脱落以及大幅度基体撕裂为主;主裂纹总是通过选择沿SiC颗粒群或者直接穿过α-Al基体以阻力较小的方式向前扩展,Si相承载时极易发生断裂,成为裂纹扩展源,同时裂纹扩展前端的微损伤对其扩展具有引导作用。     

硅酸铝短纤维增强ZL109复合材料的热疲劳性能

研究了用Ａｌ２Ｏ３溶胶或硅溶胶作粘结剂制备硅酸铝短纤维增强ＺＬ１０９复合材料的热疲劳性能，结果表明，仅用Ａｌ２Ｏ３溶胶粘结剂能制备的复合材料的热疲劳性能最好，仅用硅酸作粘剂制备复合材料的热疲劳性能最差，热疲劳裂纹不是沿纤维与基体之间的界面扩展，就是穿过纤维扩展，且与裂纹扩展方向和纤维的取向有关，随着热循环次数的增加，上述复合材料的硬度逐渐下降。     

高体积分数 SiC P / Al复合材料的拉伸、 压缩与弯曲特性

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC P/ Al)复合材料的拉伸、 压缩和三点弯曲特性进行了实验研究。结果表明 : 高体积分数 SiC P/ Al 复合材料与低体积分数 SiC P/ Al复合材料相比 , 没有明显的线性屈服阶段。进一步的加载2卸载实验表明 , 在外载荷作用下 , 材料宏观上呈现一种类似金属材料的塑性 , 卸载后留有较大的残余应变 , 再次加载时沿上次卸载路线上升 , 而且拉应力导致的残余应变大于压应力。三点弯曲时材料内部产生残余塑性变形的潜力最大 , 切线模量更稳定。宏观断口分析表明 , 金属基体的非均匀分布导致产生局部渐进的微屈服 ,是使材料性能宏观上类似塑性材料的主要原因。制备过程中的残余应力和基体内部的微缺陷是拉应力比压应力产生更大残余应变的主要原因。     

CG混合纤维/橡胶复合材料的黏弹性

采用干法混炼工艺制备了CG混合纤维 (炭纤维和玻璃纤维) /橡胶复合材料, 并在热模拟实验机上测定其蠕变曲线和应力松弛曲线, 对其黏弹性进行了研究。结果表明: 当CG混合纤维体积分数小于15 %时, 可提高橡胶的抗蠕变和抗应力松弛性能; 而当CG混合纤维体积分数大于15 %时, 抗蠕变和抗应力松弛性能开始下降。理论推导表明: CG混合纤维/橡胶复合材料的蠕变与应力松弛在数值上互为倒数关系。      

基于应力强度因子评估WCP形状对WCP/Fe复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响

应力强度因子在断裂力学中广泛应用于预测由远程载荷或残余应力引起的裂缝尖端附近应力状态。本文基于平面应力条件下应力强度因子建立WC_P形状与其尖端应力之间的规律,利用有限元分析软件对含不同形状WC_P的WC_P/Fe复合材料的热应力进行模拟仿真,研究WC_P形状对WC_P/Fe复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明,WC_P的形状显著影响应力强度因子,进一步影响WC_P/Fe复合材料的热疲劳裂纹扩展行为。含球状和不规则状WC_P的WC_P/Fe复合材料的极限抗压强度分别约为460 MPa和370 MPa。含不规则状WC_P的WC_P/Fe复合材料因应力集中而容易产生脆性开裂现象。通过热震实验进行验证,发现实验结果与模拟仿真结果相近,说明有限元法的准确性,同时为WC_P/Fe复合材料的热疲劳裂纹扩展行为研究提供科学依据和理论基础。      

SiCP/ 6061Al 合金复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性

对T6 热处理后的SiC_P / 6061Al 合金复合材料的高温(300 ℃) 单轴应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究, 讨论了具有两种颗粒体积分数的复合材料在高温下不同加载条件时的循环软/ 硬化特性和棘轮行为特征。实验研究表明: 颗粒增强金属基复合材料宏观上表现出与金属材料相类似的应变循环特性和棘轮变形规律, 即复合材料在非对称应力循环下也将产生一定的棘轮变形, 并随应力幅值和平均应力的增加而增加; 颗粒的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力增强, 棘轮变形随颗粒体积分数的升高而下降; 在高温下棘轮行为体现出明显的时间相关特性, 即棘轮应变值明显依赖于加载率和峰值保持时间, 并具有明显的蠕变-棘轮交互作用。在对该类复合材料的棘轮行为进行本构描述时必须考虑复合材料的微结构特征、加载条件以及时间效应等的影响。      

不同纤维体积分数CVI 炭/ 炭复合材料的石墨化度

为确定不同纤维体积分数的化学气相浸渗(CVI) C/ C 复合材料的最佳热处理工艺, 以40 %、30 %、25 %三种不同纤维体积分数的针刺整体毡为坯体, 经三次CVI 后制得C/ C 复合材料, 采用X射线衍射和拉曼光谱微区分析测试了三种不同纤维体积分数的CVI C/ C 复合材料试样未经热处理及经2200 ℃、2400 ℃热处理下宏观和微区石墨化度。结果表明: 三次CVI 热解炭均为光滑层结构, 且纤维体积分数越高, C/ C 复合材料的石墨化度也越高;纤维与光滑层热解炭界面及两种不同热解炭界面在高温热处理时会发生应力石墨化, 应力石墨化程度前者大于后者, 这是纤维体积分数高的C/ C 复合材料石墨化度高的原因; 热处理温度越高, 应力石墨化程度越大。      

SiC 纤维增强复合材料基体裂纹偏移机理的有限元分析

运用基于能量的裂纹偏移准则, 分别建立了两相和三相复合材料基体裂纹偏移/ 穿透的轴对称有限元模型, 考察了纤维体积分数、描述材料特性弹性失配的Dundurs 参数α和相对裂纹扩展长度a_d / a_p 对相对能量释放率Gd / Gp 的影响。将两相复合材料的有限元结果与He 等人的结果进行对比, 进一步考察了三相复合材料界面层厚度和Dundurs 参数α₁ 和α₂ 对G_d / G_p 的影响。分别将碳涂层SiC 纤维增强复合材料SiC/ C/ Ti-6A1-4V 和碳涂层陶瓷基增强复合材料SiC/ C/ SiC 运用于有限元分析中, 结果表明, 所建立的模型能够准确地预测和比较基体裂纹偏移的机理。      

双周期涂层纤维增强复合材料反平面剪切问题

研究了双周期含涂层纤维增强复合材料在远场反平面载荷作用时的问题 , 利用 Eshelby等效夹杂方法和 Laurent 级数展开技术 , 并结合双准周期 Riemann边值问题理论 , 获得了其全场解析解 , 得到了应力场和有效模量表达式。与有限元结果的对照显示出本方法的效率和精度。考察了涂层参数对复合材料细观应力场和宏观有效性能的影响。当涂层刚度较大时 , 涂层内存在高的应力集中 , 且涂层刚度越大、 涂层相对厚度越小 , 应力集中系数越大。纤维刚度对复合材料有效模量的影响也取决于涂层性能 , 非常软或非常硬的涂层都大大限制了纤维刚度对复合材料有效模量的贡献。      

亚麻落麻纤维/聚乳酸基完全可降解复合材料的成型工艺

以亚麻落麻纤维、 聚乳酸纤维为原料 , 采用非织造加工方法制作预成型件后 , 采用模压工艺将预成型件制成亚麻落麻纤维/聚乳酸基完全可降解复合材料。分别研究了预成型件制作工艺中梳理次数、 增强纤维体积分数及模压成型工艺中模压温度对复合材料拉伸性能的影响 , 并采用扫描电镜 ( SEM) 研究了复合材料的拉伸断裂形貌和界面结合状况。结果表明 : 纤维体积分数为 391 6 %、 模压温度为 190 ℃时材料具有最好的拉伸性能 ;随着梳理次数的增多 , 其拉伸强度先升高后下降 , 梳理 2次时其力学性能最优。材料的拉伸断口形貌表明 , 聚乳酸基材料为脆性断裂 , 增强纤维与树脂基体之间的界面结合有待进一步改善。      

激光熔覆Ni 基金属陶瓷复合涂层的裂纹研究

利用激光熔覆技术在中碳钢表面制备了不同涂层成分的原位自生TiB₂ / Ni 金属陶瓷复合涂层, 研究了涂层的开裂行为。结果表明: 当陶瓷相含量高时, 涂层中形成的裂纹主要有粘接金属基体中的穿晶裂纹、熔覆层边缘的高密度裂纹、金属基体与硬质陶瓷相界面上的微裂纹以及热影响区中结合界面附近的微裂纹等。涂层中的裂纹主要是由涂层材料与金属基体热膨胀系数不同而造成的热应力产生的, 组织转变应力也起了重要作用。当激光工艺参数及涂层成分配制合理时, 涂层质量良好。      

三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩性能及破坏机制

针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。