复合纤维配比对精铸硅溶胶型壳性能的影响

为了分析复合纤维配比对熔模精铸中硅溶胶型壳的强度和透气性的影响，采用尼龙和陶瓷复合纤维制备硅溶胶型壳试样，在其中加入的尼龙纤维和陶瓷纤维的体积配比为100∶0、82.7∶17.3、61.5∶38.5、34.7∶65.3和0∶100，对获得的复合纤维增强型壳试样的生胚抗弯强度、焙烧后抗弯强度和透气性的变化规律进行研究。结果表明，当尼龙纤维在复合纤维中体积分数从0%~100%变化时，型壳生胚抗弯强度逐渐增大，焙烧后抗弯强度总体变化不明显，透气率先增大后减小。当尼龙纤维的体积分数为82.7%时，透气率达到最大值5.21。根据试样断口形貌及纤维增强行为分析，型壳生胚抗弯强度主要受纤维体积含量的影响；型壳焙烧后抗弯强度和透气性受陶瓷纤维体积含量、涂挂厚度和尼龙纤维烧失后留下孔洞数量的综合影响。     

尼龙66纤维混杂刚玉砂对复合纤维型壳性能的影响

为了解决硅溶胶型壳在搬运、脱蜡过程中易开裂的难题,在撒砂材料中混杂尼龙66(PA66)纤维作为常温增强材料和成孔剂,制备不同PA66纤维质量分数的型壳。探究PA66纤维质量分数对型壳抗弯强度、透气性和气孔率的影响规律,并分析PA66纤维对型壳性能的影响机制。研究表明, PA66纤维大幅度提高了型壳的常温抗弯强度和透气性。随着PA66纤维质量分数的增加,型壳的常温抗弯强度和透气性均增大,焙烧后抗弯强度先增大后减小。当PA66纤维质量分数为0.75wt%时,综合性能达到最佳,焙烧后抗弯强度达7.94 MPa,与未混杂纤维的试样相差不大,但其常温抗弯强度达到4.80 MPa,比未混杂纤维的试样提高了32.21%,透气性和气孔率也增加至4.2和22.77%,比未混杂纤维的试样分别提高了90.91%和13.35%。     

ZrO2复合A12O3基陶瓷的抗热震性能

将氧化锆添加到氧化铝基陶瓷中,系统研究了其加入量(外加质量分数分别为0.75％、1.5％、2.25％和3％)对试样烧结性能、高温膨胀性能及导热性能的影响.通过高温立式热膨胀仪、激光导热仪等分析测试技术对试样进行了性能表征,结果表明:随着氧化锆加入量的增大,试样的显气孔率增大,体积密度减小;试样的导热系数随氧化锆的加入呈指数衰减,导热性能降低;其热膨胀系数呈正弦曲线变化,wt(ZrO2)％为1.5％～2.0％的试样热膨胀系数最小.氧化锆的引入,可改善氧化铝基陶瓷材料的抗热震性能.     

ZrO2复合Al2O3基陶瓷的抗热震性能

将氧化锆添加到氧化铝基陶瓷中,系统研究了其加入量(外加质量分数分别为0.75%、1.5%、2.25%和3%)对试样烧结性能、高温膨胀性能及导热性能的影响。通过高温立式热膨胀仪、激光导热仪等分析测试技术对试样进行了性能表征,结果表明:随着氧化锆加入量的增大,试样的显气孔率增大,体积密度减小;试样的导热系数随氧化锆的加入呈指数衰减,导热性能降低;其热膨胀系数呈正弦曲线变化,wt(ZrO2)%为1.5%～2.0%的试样热膨胀系数最小。氧化锆的引入,可改善氧化铝基陶瓷材料的抗热震性能。     

Ag含量对NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极性能的影响

为了提高NiFe2O4陶瓷阳极材料的力学性能和抗热震性,向原料中加入金属Ag,采用粉末冶金法制备了Ag/NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极.研究了Ag含量对材料微观结构、抗弯强度以及抗热震性的影响.研究结果表明随着Ag含量的增加,惰性阳极材料的晶粒尺寸逐渐减小,说明Ag能够有效抑制陶瓷基体晶粒的长大.而且随着Ag含量的增加,材料的结构越来越致密,说明Ag在一定程度上能够促进烧结.对材料的力学性能和抗热震性测试结果发现,Ag能提高材料的强度,随着Ag含量的增加,材料的抗弯强度逐渐增大,抗热震性在银含量为10%处达到最大值.     

基于第二抗热震因子的BNNTs/Si3N4复合材料抗热震性能评价

利用Kingery抗热震断裂理论构建了氮化硼纳米管（BNNTs）强韧化陶瓷复合材料的第二抗热震因子模型,通过真空热压烧结法制备了BNNTs质量分数分别为0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%和2.0wt%的BNNTs/Si₃N₄复合材料,并采用预制裂纹法测试了复合材料的抗热震性能,测试结果证实了在平稳状态下模型的正确性。结果表明,BNNTs的存在使复合材料第二抗热震因子增大,抗热震性能提升。分布在晶界上的BNNTs起到裂纹钉扎、桥联和裂纹偏转作用,增加了裂纹扩展的阻力,从而有效提高了BNNTs/Si₃N₄复合材料抗热震断裂能力。     

SiC含量对机械合金化-热压制备B4C-SiC复合陶瓷的影响

以B₄C、SiC粗粉为原料, 采用机械合金化辅助热压烧结工艺, 在不添加任何助烧剂的情况下于1950℃制备出致密的B₄C-SiC复合陶瓷。通过对烧结样品进行相对密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性测试, 研究SiC含量对复合陶瓷力学性能的影响; 结合XRD、SEM和TEM对样品进行组分和微观结构分析, 研究其微观结构与力学性能之间的关系。结果表明: 复合陶瓷的相对密度和断裂韧性随SiC含量的增加而增大, 当SiC含量为50wt%时获得最大值为96.1%和4.6 MPa•m^1/2; 复合陶瓷的硬度和抗弯强度随SiC含量的增加呈先增大后减小的趋势, 在SiC含量为20wt%时获得最大值25.5 GPa和480 MPa。SiC相均匀分布在B₄C基体中使得复合陶瓷具有较高的强度; B₄C与SiC之间好的界面相容性以及SiC的高断裂韧性是该B₄C基复合陶瓷韧性得到显著提高的原因。     

钢-聚丙烯纤维增强人造花岗岩复合材料的制备与性能

为深入研究钢-聚丙烯纤维增强人造花岗岩复合材料（钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩）抗压、抗弯强度的影响因素,通过排水法实验研究了骨料堆积的空隙率,确定了骨料级配和实验指数q并对大量试件进行了抗压、抗弯强度测试,分析了钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料各组分质量分数、骨料堆积空隙率等因素对钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料抗压、抗弯强度的影响。实验结果表明:钢纤维与聚丙烯纤维能够明显增大钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料的抗弯强度,随着钢-聚丙烯纤维质量分数的增加,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压和抗弯强度都逐渐增大;当钢纤维与聚丙烯纤维质量比为30∶1、钢-聚丙烯纤维质量分数为1.7wt%时,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压强度达到最大,当钢-聚丙烯纤维质量分数为1.9wt%时,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩试件的抗弯强度达到最大;黏结剂质量分数越接近骨料堆积空隙率,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压和抗弯强度越大,当骨料质量分数为80wt%、黏结剂质量分数为11wt%时,钢-聚丙烯纤维/人造花岗岩复合材料试件的抗压、抗弯强度同时达到最大。      

基于第一抗热震因子的BN纳米管/Si_3N_4复合材料抗热震性能评价

利用Kingery抗热震断裂理论构建了BN纳米管(BNNTs)强韧化陶瓷复合材料的第一抗热震因子模型,通过真空热压烧结法制备了四组BNNTs含量分别为0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%和2.0wt%的BNNTs/Si_3N_4复合材料,并采用水浴淬冷法和三点弯曲法测试了复合材料的抗热震性能(震后弯曲强度和临界热震断裂温差)。测试结果验证了在急剧加热和急剧冷却条件下第一抗热震因子模型的正确性。结果表明:添加BNNTs使BNNTs/Si_3N_4复合材料第一抗热震因子增大,抗热震性能提升。分布在晶界上的BNNTs起到裂纹钉扎、桥联和裂纹偏转作用,增加了裂纹扩展的阻力;纳米管孔隙的存在改变了裂纹扩展路径,提高了BNNTs/Si_3N_4的断裂韧度,从而有效提高了其抗热震断裂能力。     

热浸镀与微弧氧化复合处理20钢的表面性能

为提高舰船发动机排气管用20钢基材耐腐蚀等表面性能,采用热浸镀铝与微弧氧化技术复合处理形成铝-陶瓷复合层,采用显微硬度计、扫描电镜、多功能材料表面性能测试仪、电化学工作站等表征复合层显微硬度、耐磨、耐腐蚀和抗热震等表面性能。结果表明:复合层至基体间结构层硬度分布呈硬-软-硬-软的间断区域性分布特点;铝-陶瓷复合层的耐磨性优于铝镀层和20钢基体;与20钢基体相比,铝镀层和复合陶瓷层的全浸泡腐蚀失重值下降,腐蚀反应极化电阻增加,腐蚀电压增大,腐蚀电流密度减小,尤其是复合陶瓷层的耐腐蚀性显著提高,耐盐雾能力达1 000 h;陶瓷复合层在600℃下热震次数可达130次,层间界面结合紧密。     

纤维增强发泡保温复合材料的制备与性能

为了增强玻化微珠/水泥发泡保温复合材料的力学性能和保温性能,通过掺加改性物理泡沫降低发泡保温复合材料的密度和导热系数,采用改性纤维对发泡保温复合材料进行增强。研究了纤维增强发泡保温复合材料的力学性能和耐水性能,并利用扫描电镜对试样内部微观形貌进行观察,探讨了改性泡沫和改性纤维对发泡保温复合材料的增强机制。结果表明,掺加泡沫明显降低了发泡保温复合材料的密度和导热系数,当泡沫掺量为1.05 mL/g时,试样密度和导热系数分别为186 kg/m³和0.056 W/（m·K）。泡沫改性可有效改善发泡保温复合材料的强度和软化系数,掺加改性泡沫试样的抗折强度、抗压强度和软化系数较掺加乳胶粉试样的分别提高了21.05%、21.43%和13.56%。改性纤维可显著提高发泡保温复合材料的强度和软化系数,掺加改性纤维试样的抗折强度、抗压强度和软化系数较掺加未改性纤维试样的分别提高了25.93%、13.51%和8.33%。     

碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究

将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率、热导率和塞贝克系数的影响,并模拟太阳辐射进行了能量收集实验。结果表明,碳纤维均匀地分布在水泥基体中形成网格结构,碳纤维与水泥基体有很强的结合力。当碳纤维含量由0.5%(质量分数)增加到1.5%(质量分数)时,水泥基复合材料的抗压强度由71.36 MPa增加到106.51 MPa,增长了49.26%;孔隙率由0.8%增加到2.0%,增长了150.0%;电导率由0.0214 S/m增加到0.2408 S/m,增长了1025%;热导率由0.261 W/(m·K)减小到0.210 W/(m·K),减少了19.54%;塞贝克系数迅速增大,最大为1.22×10^4μV/K。当碳纤维含量为1.5%(质量分数)时,厚度为20 mm的水泥基复合材料每1 m^2可输出5~6μW的功率;在400 min辐照下,试样表面温度迅速达到70℃左右,1 m^2水泥基复合材料面板上收集到的能量高达8.1×10^-6 J。由此可知,碳纤维含量的增加,极大地提高了碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能。     

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。     

Thermo-mechanical properties of fiber reinforced raw perlite concrete

The effect of hooked steel, wavy steel and polypropylene fibers on the thermo-mechanical properties of raw perlite aggregate concrete was investigated. In order to determine the effect of fiber ratio on the thermo-mechanical properties of 100% raw perlite concrete, 0.25%, 0.75%, 1.25%, and 1.75% fiber ratios were used by volume of the sample and also, 350 kg/m³ cement dosage and 3 ± 1 cm slump were used. When compared to the control sample that contains no fiber, (1) with the increase of steel fiber ratio in the mixtures thermal conductivity (TC), unit weight, splitting-tensile strength, and flexural strength of concretes increased, (2) with the increase of steel fiber ratio in the mixtures compressive strength of concretes decreased, and (3) with the increase of polypropylene fiber ratio in the mixtures TC, unit weight, compressive strength, splitting-tensile strength, and flexural strength of concretes decreased.     

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

Ultra‐thin carbon/silicon carbide composite bipolar plate for advanced fuel cells

The first cut results on the development of ultra‐thin, low gas permeable, easily machineable, high electrical conductivity and high mechanical strength bipolar plate made up of carbon reinforced ceramic matrix are reported for the strategic application. Short carbon fiber reinforced silicon carbide matrix composite is fabricated by chopping continuous carbon fibers into discrete length, exfoliating and dispersing the exfoliated carbon fibers in silicon carbide powder and finally hot‐pressing to make the composite. Three compacts containing exfoliated carbon fiber contents of 20, 30, 50 vol. % in silicon carbide matrix are prepared and characterized for electrical, thermal, gas permeability, density, and mechanical properties. The composite plates with exfoliated carbon fiber vol. % of 50, offer excellent electrical conductivity, flexural and compressive strengths and gas permeability of 2.2 × 10^‐7 cm^‐3 cm^‐2 s^‐1. Carbon/silicon carbide plate shows 37.5 % and 4.7 % lower volume and weight, respectively on comparing with the best reported data of carbon/polymer composite plate. Competency of the material for bipolar plate fabrication is tested and found that the ceramic carbon composite may open up the new horizon for the fabrication of ultra‐thin bipolar plates for strategic applications.     

BN纤维对石墨烯微片/聚丙烯复合材料导热绝缘性能的影响

采用熔融共混法制备BN纤维-石墨烯微片/聚丙烯（BN纤维-GNP/PP）高导热绝缘复合材料,结合有限元模拟、SEM、XRD、导热导电测试结果,探究了BN纤维含量和长度对BN纤维-GNP/PP复合材料导热绝缘性能的影响。结果表明:BN纤维-GNP/PP复合材料中BN纤维含量和长度的增加可增大GNP分布范围,增大BN纤维与GNP的接触概率;在GNP含量为7wt%、100 μm BN纤维含量为20wt%时BN纤维-GNP/PP复合材料的热导率较PP提高了4.2倍,同时电绝缘性略有提高。模拟结果表明,高含量100 μm BN纤维的加入使BN纤维-GNP/PP复合材料导热网络的构建趋于完整,局部热通量较低的区域减少。片状GNP与纤维状BN二相填料的"协同效应",使GNP和BN纤维分别作为"岛"和"桥"形成了一种特殊的"双网络"结构,BN纤维作为高导热"桥"阻隔了相邻GNP间导电通路的形成,从而提高了BN纤维-GNP/PP复合材料的导热绝缘性能。