短碳纤维增强羟基磷灰石生物材料的制备与性能

以短碳纤维(Cf)为增强体,采用湿法搅拌均化和自组装合成工艺使短碳纤维均匀分散于反应生成的羟基磷灰石(HA)粉体中,30 MPa下将复合粉体压制成型,并于1250℃氮气保护气氛常压烧结制备了短碳纤维增强羟基磷灰石生物复合材料(Cf/HA).为提高复合材料的界面结合,低温氧化法对碳纤维进行表面处理.采用IR,SEM技术研究短碳纤维处理前后的表面状态;SEM观察复合粉体的分散效果及复合陶瓷的断口形貌;三点弯曲法测其抗弯强度;单边切口梁法测其断裂韧性.实验结果表明碳纤维的表面处理对力学性能有很大影响,可大大提高复合材料界面结合强度,Cf添加量为0.5%(质量分数)时,增强效果最为理想,最大抗弯强度为67.70 MPa,断裂韧性达1.18 MPa.m1/2,比Cf未氧化处理的复合材料分别提高近20%和18%.研究表明湿法搅拌均化和自组装合成工艺是一种行之有效的均化技术,具有最小的纤维损伤度、高的碳纤维体积分数以及操作便利等优点,常压下烧结制备的短Cf/HA复合材料是一种很有发展前途的骨替代植入材料.     

HA-Ti和HA-BG-Ti复合生物材料的力学性能和微观结构

研究了不同成分HA—Ti和HA-BG—Ti复合生物材料的烧结收缩率、微观结构、物相结构与力学性能之间的关系。结果表明：当钛含量达到45％～65％时，HA-Ti系复合材料的抗压强度达到最低值76MPa左右，呈谷值分布．而HA—BG—Ti系复合材料的抗压强度却达到最大值180MPa左右，呈峰值分布；HA—Ti系复合材料的抗弯强度为58～79MPa，而HA-BG—Ti系复合材料的抗弯强度在钛含量为45％～65％时出现最大值164MPa；HA-BG—Ti系的抗压强度和抗弯强度均高于HA—Ti系的抗压强度和抗弯强度。物相分析和微观结构分析表明：HA-BG—Ti复合陶材料中的HA-Ti相间界面依靠生物玻璃以复杂的强键相结合，是HA—BG—Ti系复合材料的力学性能优于HA-Ti二元系复合材料力学性能的原因。     

碳纤维表面处理对Cf/SiO2复合材料力学性能的影响

对T-300碳纤维进行表面改性处理,并采用浆料浸渍-热压法制备了单向碳纤维补强石英基复合材料(Cf/SiO2).对改性前后碳纤维的表面形貌、官能团的变化以及复合材料的力学性能和断面形貌进行了研究.结果表明,T-300碳纤维经过硝酸氧化处理后,去除了表面的有机胶料层,含氮、氧的官能团数量增加,有利于改善成型时纤维和浆料之间的润湿性能.复合材料的抗弯强度由处理前的433 MPa提高到了655 MPa,断裂韧性也从9.1 MPa·m1/2提高到12.9MPa·m1/2.在热压烧结的过程中,碳纤维表面有机胶料发生热解形成的气态物质难以排出,在纤维/基体界面上形成了孔洞,影响了界面结合状态,不利于载荷的传递.因此,对碳纤维进行表面改性有效地提高了复合材料的力学性能.     

热压烧结法制备C_f/TiC/Cu复合材料的组织及性能

采用热压烧结法制备Cf/TiC/Cu复合材料,研究Cf/TiC/Cu复合材料的界面反应原理及微观形貌,以及碳纤维(Cf)含量对复合材料密度、强度等性能的影响。结果表明:Cu-C-Ti三元体系在低于1100℃时,溶解在铜液中的钛原子与碳纤维接触发生反应,在碳纤维表面形成以TiC为主相的过渡层。该过渡层靠近铜液的一侧可能覆盖着一层钛铜化合物膜,TiC通过该膜层与铜紧密结合在一起,改善铜与碳纤维的界面结合,因此有利于提高Cf/TiC/Cu复合材料的性能。在钛含量不变的情况下,随碳纤维含量(质量分数)的增加,材料性能有所降低,当碳纤维含量为5%时,Cf/TiC/Cu复合材料的综合性能最好,其电阻率低达0.054μΩ·m,平行于压力方向的抗弯强度为237.90MPa,垂直于压力方向的抗弯强度为237.44MPa。     

纯镁表面等离子体电解渗硼改性层的制备及性能EI北大核心CSCD

在硼砂体系电解液中对纯镁进行等离子体电解渗硼(PEB),以提高其硬度、耐磨性和耐蚀性。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分别对PEB表面改性层的微观结构、元素分布和物相组成进行研究,并用显微硬度计与摩擦磨损试验机对PEB表面改性层的硬度和耐磨性进行表征,同时用动电位极化曲线及电化学阻抗谱(EIS)来评估PEB表面改性层的耐蚀性。另外,还分析PEB表面改性层的生成机理,并建立物理模型。结果表明,PEB表面改性层由氧化层和扩散层组成,且在PEB表面改性层中检测到MgB_(2)新物相。PEB表面改性层的最大硬度约为480HV,是基体硬度的近16倍;摩擦因数仅为0.11,比基体减小了70.27%,磨损率为1.62×10^(-9)m^(3)/(N·m),比基体减小1个数量级;腐蚀电流密度比基体减小1个数量级,容抗弧半径和阻抗模值均比基体大,即纯镁经等离子体电解渗硼处理后,硬度、耐磨性和耐蚀性均得到提高。     

热压反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料的工艺及性能研究

以二硼化锆、正硅酸乙酯、蔗糖为原料,采用溶胶-凝胶法制备ZrB2-SiC前躯体,然后利用热压反应烧结方法,在1800℃,30MPa压力,流动的Ar气氛条件下,制备出高致密的ZrB2-SiC复合材料。其最大相对密度达到99.6%。ZrB2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC含量的增加先增加后降低。当SiC含量为20%时,ZrB2-SiC复合材料断裂韧性最大达到5.1MPa·m1/2。ZrB2-SiC复合材料的最大弯曲强度为272MPa,比报道出的值要低,这可能与过大的ZrB2晶粒有关。但当SiC含量为30%时,由于出现大量气孔而使材料不致密,从而导致其力学性能下降。     

碳纤维改性对SLS覆膜砂铸型强度的影响

采用不同的改性剂对碳纤维进行了改性处理,制备了含碳纤维增强材料的SLS覆膜砂试样。通过对试样进行力学性能测试与SEM形貌分析,研究了碳纤维改性及其含量对SLS覆膜砂铸型抗拉和抗弯强度的影响。结果表明,经过浓硝酸与硅烷偶联剂KH550共同改性处理的碳纤维对SLS覆膜砂铸型的强化效果最佳,并随着改性碳纤维含量的增加,铸型强度先增大后减小。当改性碳纤维含量为3%时,SLS覆膜砂铸型后固化抗拉强度与抗弯强度均达到最大值,分别为6.385 MPa、8.011 MPa,比添加未改性碳纤维的铸型分别提升了46.18%、33.92%,较未添加碳纤维的铸型也分别提高了23.18%、31.46%。     

镀铜碳纤维对Cu/C复合材料摩擦磨损性能的影响

采用天然石墨、短切碳纤维和电解铜粉为原料,通过化学镀的方法在石墨和碳纤维表面均匀镀覆了一层铜粉,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备出Cu/C复合材料,并研究碳纤维含量对其电阻率、密度、硬度和抗弯强度等物理性能的影响。在HT-1000型高温摩擦磨损试验机上测试其摩擦磨损性能,分析了磨损的表面形貌。结果表明:随着碳纤维含量的增加,复合材料的密度逐渐降低,电阻率变化不大,抗弯强度和硬度均有所提高。加入镀铜碳纤维后,有效降低了复合材料的摩擦因数和磨损率,当碳纤维含量在1.5wt%时,复合材料的磨损率最低。碳纤维优异的力学性能增强了复合材料承载能力,减轻了复合材料的黏着磨损,同时碳纤维和石墨的镀铜层提高了碳和铜之间的结合力,有利于应力在碳和铜之间的转移。     

原位反应热压SiCp/MoSi2复合材料的组织与性能

以Mo粉、Si粉和C粉为原料,采用原位反应热压一次复合工艺制备不同含量SiC颗粒增强的SiCp/MoSi2试样,并研究其室温抗弯强度、断裂韧性、相对密度以及显微组织。结果表明,原位反应热压一次复合工艺制备的SiCp/MoSi2复合材料的强韧性比纯MoSi2有了大幅度的提高,当SiC含量为40vol%时,SiCp/MoSi2复合材料的抗弯强度达到最大,为475.2MPa,当SiC含量为50vol%时,复合材料的断裂韧性达到最大,为5.45MPa.m1/2。原位形成的SiC使MoSi2基体晶粒得到明显细化,并减少和消除了脆性的SiO2玻璃相。SiCp/MoSi2复合材料强韧性的提高主要是由于晶粒细化、SiC颗粒弥散强化以及脆性SiO2玻璃相的减少和消除。     

C/CF/Cu复合材料界面和抗拉强度研究

采用树脂碳化方法制备了碳/碳纤维(C/CF)先驱丝,用压力浸渗凝固成型方法制备了碳/碳纤维/铜(C/CF/Cu)复合材料,借助抗拉强度测试及扫描电镜下复合材料界面和相组成物分布观察,探讨了C、CF和Cu三组元复合界面特性以及碳纤维丝类型和C/CF先驱丝体积分数对C/CF/Cu复合材料抗拉强度的影响.结果表明,C/CF/Cu复合材料的微观界面是碳纤维单丝-树脂碳化碳-铜双复合界面,此界面属于无化学反应的弱复合界面,铜对C/CF先驱丝的机械锁紧力是提高界面强度和复合材料强度的关键因素.当凝固成型压力为28.5MPa时,1k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为25%和3k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为44.7%的复合材料的抗拉强度达到较高值,分别为595MPa和587MPa,均为纯铜抗拉强度的3倍以上.3k丝制成的一次C/CF先驱丝内碳纤维丝的数量较多,影响复合材料的界面强度,而选用1k碳纤维丝比较有利.     

挤压铸造制备的Al2O3/5210金属基复合材料

采用挤压铸造工艺制备了氧化铝陶瓷颗粒增强5210铝合金基复合材料,研究了复合材料的界面反应及陶瓷颗粒含量对复合材料性能的影响.结果表明:铝合金与陶瓷颗粒表面的粘结剂发生了反应,并提高了复合材料的界面结合强度;当陶瓷颗粒体积含量为60%时,复合材料的抗弯强度达到最大值285.0 MPa.对断口的扫描电镜分析发现:铝合金的撕裂和陶瓷颗粒断裂是复合材料失效的主要机制,实验中没有观察到界面解离现象.     

羟基磷灰石-氧化锆复合材料的致密化及其力学性能

在无压条件下,采用添加CaF2法制备了羟基磷灰石-氧化锆致密材料,并研究了CaF2含量对HA-ZrO2材料的致密化、微观结构和力学性能的影响.结果显示:在HA-ZrO2(10%～40%,质量分数,下同)复合材料中添加CaF2,使HA变成了分解温度高的氟部分取代羟基的磷灰石FHA,材料的密度和力学性能(抗弯强度和断裂韧性)明显提高;加入6%(质量分数)CaF2经1 350℃烧结4 h后,HA-ZrO2(10%～40%)的相对密度均达到95%,抗弯强度达到100～120 MPa,断裂韧性提高到1.2～1.6 MPa·m1/2;随ZrO2含量的升高,HA-ZrO2致密度有所下降;而当CaF2含量为6%,ZrO2含量高于40%时,HA-ZrO2复合材料中形成α-Ca3(PO4)2、HA/ZrO2固溶体或立方氧化锆,导致复合材料的力学性能下降.     

莫来石纤维对氧化铝陶瓷性能的影响

选用莫来石纤维为增强体,通过添加适量的烧结助剂,制备莫来石纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,探讨了不同烧结温度和不同纤维含量对复合材料性能的影响规律.结果表明:莫来石纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的相对密度、弯曲强度和断裂韧性随烧结温度和纤维含量的增加先增大后减小,当烧结温度为1450 ℃、纤维含量为15%时,复合材料的弯曲强度、断裂韧性最高,复合材料弯曲强度和断裂韧性分别达到502.36 MPa和3.48 MPa·m~(1/2),比基体材料分别提高63.8%和54.7%;相对密度达到98.41%.纤维的拔出和脱粘消耗了大量的能量,是莫来石纤维增强氧化铝陶瓷复合材料力学性能提高的主要原因.     

原位合成TiB_2/ZL109复合材料的力学性能

通过原位合成法成功制备了亚微米级TiB_2颗粒增强ZL109复合材料,测量了不同颗粒含量复合材料的弹性模量和25～400℃的抗拉强度(UTS)。结果表明,复合材料的弹性模量随颗粒含量提高而提高,颗粒含量15%(质量分数,下同)时,复合材料的弹性模量比基体合金提高了32%；抗拉强度也明显高于基体合金,10%TiB_2 /ZL109复合材料在260℃时的强度比基体合金提高了105MPa。     

制备多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料研究

以带有SiC涂层(厚度～lμm)的C纤维预制体作为骨架,液相浸渍Sol-Gel法制备的高固相含量ZrO2先驱体,溶胶-原位烧结制备多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料.ZrO2先驱体溶胶稳定性取决于pH值和稀释NH3-H2O的浓度.pH=3时先驱体溶胶固相含量为50%.XRD及SEM结果表明:不同烧结温度和烧结气氛条件下,多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料的成分物相和表面形貌有明显差别.Ar气氛低温烧结可以有效防止C纤维氧化和副反应发生,断裂过程中有纤维拔出的痕迹.1100℃烧结制备Cf/ZrO2陶瓷基复合材料力学性能最好,显气孔率为54%时弯曲强度接近13 MPa.     

表面改性纳米纤维素/羟基磷灰石纳米复合材料的制备与性能研究

目的 制备羟丙基纳米纤维素/羟基磷灰石(NCC-HPC/HA)纳米复合材料.方法 以环氧丙烷作为改性剂,对纳米纤维素(NCC)表面进行化学修饰,获得羟丙基纳米纤维素(NCC-HPC),以提高NCC的表面疏水性及改善其分散性.在此基础上,以NCC-HPC为成核点,采用共沉淀法制备NCC-HPC/HA纳米复合材料,研究复合材料的结构与性能.结果 采用共沉淀法在改性后的纳米纤维素表面成功地合成了羟基磷灰石纳米球.由分析证实,经环氧丙烷表面改性后的NCC,几乎没有发生晶体结构变化,疏水性得到了提高,再分散性得到了改善,且能稳定存在于水和其他有机溶剂体系中,NCC-HPC与水的接触角由17°增加到55.3°.NCC-HPC/HA纳米复合材料的表面均匀分布着钙、磷元素,其Ca/P原子比为1.64,接近真实骨的钙磷比.在2 MPa条件下压制的复合材料的力学性能显示,与未经表面修饰的NCC相比,经表面修饰的纳米纤维素制备的NCC-HPC/HA纳米复合材料的力学性能有所提升.拉伸强度可达到3.48 MPa,提高了6.7％;弯曲强度可达到5.22 MPa,提高了4.4％;压缩强度可达到2.11 MPa,提高了4.7％.结论 经羟丙基改性的NCC,疏水性得到提高,在水溶液中的分散性明显改善.以此为基础制备的NCC-HPC/HA纳米复合材料中,球状纳米羟基磷灰石(n-HA)均匀分布在线状NCC-HPC上,具有较好的力学性能和热稳定性,适用于骨组织工程应用.     

氩弧熔敷原位自生TiC-TiB_2/Fe复合涂层组织与磨损性能的研究

以Ti、B4C和Fe粉为原料,利用氩弧熔敷技术在Q235钢基体表面制备出原位自生TiC-TiB2增强Fe基复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和滑动磨损试验机对复合涂层的显微组织、硬度、耐磨性进行了研究。结果表明:熔敷层组织为TiC、TiB2和α-Fe,TiC以四面体和花瓣状先析出,后析出的TiB2多以六边形、短棒状存在,涂层中TiB2含量大于TiC含量;熔敷层与基体呈冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷;涂层维氏硬度为8300～9000MPa,比基体提高近4倍;最大耐磨性比基体提高近20倍,在室温干滑动磨损试验条件下具有优异的耐磨损性能。     

工艺因素对C_((f))/HA-PMMA生物复合材料弯曲性能的影响

采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了短切碳纤维(C_((f)))增强纳米羟基磷灰石(HA)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料.分别研究了丙烯腈基短切碳纤维含量、引发剂(过氧化苯甲酰,BPO)用量和HA的质量分数对复合材料弯曲强度和弯曲模量的影响.采用万能材料试验机和扫描电子显微镜对复合材料的弯曲性能及断面的微观形貌进行了测试和表征.结果表明,在一定质量分数范围内,分别增加碳纤维含量、BPO用量或HA的含量,复合材料的弯曲强度和模量均呈现先增大后减小的趋势.当C_((f))含量为4%、BPO用量为1.6%和HA质量分数为8%时,复合材料的抗弯曲强度和模量达到最大值,分别为130 MPa和4.47 GPa.     

金刚石颗粒表面硼-金属复合涂层构建

本文通过高温处理工艺对金刚石粉体表面进行涂层处理,首先在金刚石粉体表面生长硼及碳化硼涂层,然后在上述涂层表面涂覆铜、镍等金属涂层。将纯金刚石粉体、表面涂覆有硼及碳化硼涂层、铜、镍等金属涂层的金刚石粉体与金属Cu-Fe-Co复合粉体,在不同的烧结温度下,进行真空热压烧结制备金刚石/Cu-Fe-Co复合材料。结果表明,复合材料的抗弯强度随着烧结温度的升高而升高,同时较低烧结温度情况下,金刚石粉体表面涂层后能显著提高复合材料的抗弯性能。其中在烧结温度为650℃时,这种变化最为明显,在该温度下烧结的镀硼、镀硼-镍、镀硼-铜的金刚石/Cu-Fe-Co复合材料的抗弯强度分别为392、478、565 MPa,与纯金刚石增强Cu-Fe-Co复合材料的抗弯强度(263 MPa)相比分别提高50%、82%、115%。     

SiC粒度对KmTBCr-2表面复合材料组织及性能的影响

将复合材料层涂料和耐火涂料依次粘附在可发性聚苯乙烯(EPS)制成的铸件模型上,然后用干砂振动造型、浇注,制备Si C/铁基表面复合材料,并对其金相组织与性能进行研究。结果表明,不同目数Si C颗粒制备的表面材料与基体结合良好。该复合材料的表层含碳量为5.5%~6%,含硅量为1%~1.6%,含铬量为6%~7.5%。随距表层距离的增加,上述元素含量逐渐降低,距表层6 mm左右时,与基体成分接近。制得表面复合材料的耐磨性比基体材料最大提高了约2.57倍。