编织结构对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响

选用三维五向和三维正交两种编织结构的纤维预制体,采用真空气压浸渗法制备纤维3D-C_f/Al复合材料,研究编织结构对3D-C_f/Al复合材料显微组织和拉伸强度的影响。结果表明:编织结构对3D-C_f/Al复合材料的显微组织与力学性能具有显著影响。其中,三维五向和三维正交C_f/Al复合材料平均致密度分别为97.7%和98.3%,三维五向C_f/Al复合材料存在少量的束间孔洞、气孔缺陷,而三维正交C_f/Al复合材料存在少量纤维团聚缺陷;三维五向C_f/Al复合材料的拉伸强度、拉伸模量及泊松比均明显高于三维正交C_f/Al复合材料的,二者的平均拉伸强度分别为753.5 MPa和644.1 MPa,拉伸模量分别为194 GPa和150 GPa,泊松比分别为0.89和0.04;三维五向C_f/Al复合材料的抗弯强度、弯曲模量均明显低于三维正交C_f/Al复合材料的,二者平均抗弯强度分别为931.8 MPa和1010.3 MPa,弯曲模量分别为134.2 GPa和154.6 GPa。通过对预制体编织结构的设计,可实现3D-C_f/Al复合材料性能设计。     

纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织及力学性能的影响

采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为51%的三维五向编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-C_f/Al),研究纤维预热温度对3D-C_f/Al复合材料显微组织与力学性能的影响,并对比研究3D-C_f/Al复合材料与单向连续C_f/Al复合材料的差异。结果表明:复合材料致密度随着编织体预热温度的提高而增大,提高预热温度可有效减少复合材料内部孔洞和纤维偏聚等浸渗缺陷;复合材料的拉伸强度随纤维预制体预热温度的提高而显著降低。其中,在预热温度500℃、浸渗温度720℃、浸渗压力7 MPa和保压时间20 min的工艺条件下,所制备的3D-C_f/Al复合材料致密度为97.3%,拉伸强度为777.8 MPa,弹性模量为186.1 GPa。     

复合材料齿轮弯曲强度仿真与试验研究

三维编织复合材料的性能与编织参数密切相关,为了研究碳纤维编织复合材料齿轮的弯曲性能及其与编织参数的关系,提出复合材料及齿轮弯曲性能预测模型。基于代表性体积单胞法和均质化思想建立复合材料的细观、宏观双尺度模型,采用体积平均法、借助有限元手段预测复合材料及齿轮的弯曲性能。并且,采用四步法编织及模压成型方法制备两对碳纤维编织复合材料齿轮,通过试验获得特定编织参数下复合材料及齿轮的弯曲性能。预测结果与试验结果吻合良好,验证了预测模型的准确性。最后,进行了多组编织参数下复合材料及齿轮弯曲性能的预测,得到了编织角和纤维体积分数对复合材料及齿轮弯曲性能的影响规律,并给出了使复合材料齿轮弯曲性能最佳的编织参数。     

细晶93W-4.9Ni-2.1Fe合金动态本构关系的研究

采用随机顺序吸附法建立了Csf/Mg复合材料周期性体胞模型,对Csf/Mg复合材料的拉伸性能进行了有限元模拟.对比拉伸试验结果,验证了该周期性体胞模型的有效性.模拟结果显示:随着Csf/Mg复合材料中纤维体积分数的提高,其拉伸性能不断提高,弹性模量、屈服强度和抗拉强度均随之增加;平行于外载方向的纤维承载了最大的应力,而与外载方向约呈60°角的纤维承受的应力最小;平行于外载方向的纤维,其端面附近的基体也承受了较大应力;在拉伸变形的过程中,基体的塑性变形由纤维附近区域向基体其他区域扩展.     

真空气压浸渗3D-Cf/Al复合材料微观缺陷分析

采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数51%、致密度≥97%的三维五向和三维正交编织M40碳纤维增强铝基复合材料(3D-C_f/Al),分析了复合材料中微观缺陷的形貌、形成机理及其控制手段,并对比了2种编织结构对复合材料微观缺陷形成的影响。结果表明:复合材料中的缺陷均是微米级的微观缺陷,主要有束内孔隙、局部纤维偏聚及在基体集聚处的冷隔、显微缩孔及微夹杂等,其中三维正交C_f/Al复合材料束内孔隙及束间孔隙较三维五向C_f/Al复合材料少,而局部纤维偏聚现象较三维五向C_f/Al复合材料严重,造成其缺陷差异的主要原因在于其纤维预制体编织结构的差异,通过提高预热温度可以显著减少复合材料内部的孔隙缺陷及局部纤维偏聚现象。     

经/纬向纤维比对2.5D浅交弯联C_f/Al复合材料组织和性能的影响

选用M40J碳纤维的2.5D浅交弯联编织预制体为增强体材料,ZL301合金为基体材料,制备纤维体积分数为48%的2.5D碳纤维增强铝基复合材料,2.5D浅交弯联编织预制体的经/纬向纤维比选取54%∶46%、65%∶35%和78%∶22%,研究了不同经/纬向纤维比的2.5D浅交弯联结构C_f/Al复合材料的致密度、微观组织和经纬向力学性能。结果表明,2.5D复合材料的致密度随着经向纤维体积分数的提高而不断下降,经/纬向纤维比为54%∶46%的2.5D-C_f/Al复合材料致密度最大,达到98.5%,组织中无明显浸渗缺陷,浸渗效果较好;经/纬向纤维比对2.5D-C_f/Al复合材料经/纬向抗拉强度影响较大,经/纬向纤维比为65%∶35%的2.5D-C_f/Al复合材料经向、纬向抗拉强度分别为380.6、245.6MPa,具有最佳的综合力学性能,其拉伸断口参差不齐,界面结合强度适中。     

基于随机顺序吸附法的Csf/Mg周期性体胞模型的建立及其应用

采用随机顺序吸附法建立了Csf/Mg复合材料周期性体胞模型,对Csf/Mg复合材料的拉伸性能进行了有限元模拟。对比拉伸试验结果,验证了该周期性体胞模型的有效性。模拟结果显示:随着Csf/Mg复合材料中纤维体积分数的提高,其拉伸性能不断提高,弹性模量、屈服强度和抗拉强度均随之增加;平行于外载方向的纤维承载了最大的应力,而与外载方向约呈60°角的纤维承受的应力最小;平行于外载方向的纤维,其端面附近的基体也承受了较大应力;在拉伸变形的过程中,基体的塑性变形由纤维附近区域向基体其他区域扩展。     

纤维编织结构对3D-Cf/Al复合材料弯曲性能的影响

为研究纤维编织结构对三维编织C_f/Al复合材料弯曲性能的影响，选用TZ700S碳纤维作为增强纤维，通过加入轴纱改变编织结构，制备了三维四向和三维五向、全五向3种编织结构的纤维预制体。通过压力浸渗法制备了基体合金为7075铝合金的3D-C_f/Al复合材料，测试了弯曲力学性能并观察了断口的形貌。结果表明，3D-C_f/Al复合材料的弯曲性能高于基体弯曲性能，其中三维四向C_f/Al复合材料的弯曲强度为346.7 MPa。加入轴纱后的三维五向、全五向C_f/Al复合材料的弯曲性能和断裂应变均高于三维四向C_f/Al复合材料，而加入更多轴纱的全五向复合材料的结构性能更好，弯曲强度为399.7 MPa。     

织物结构对2.5D-C_f/Al复合材料微观组织与力学性能的影响

选用浅交弯联、浅交直联、层联结构的M40碳纤维机织物为增强体材料,采用真空气压浸渗法制备纤维体积分数为48%,基体合金为ZL301的2.5D编织M40碳纤维增强铝基复合材料(2.5D-Cf/Al),研究织物结构对2.5D-Cf/Al复合材料微观组织与力学性能的影响。结果表明:复合材料的致密度随着织物结构的改变而变化,其中浅交直联结构的2.5D-Cf/Al复合材料的致密度最大为98.5%;织物结构对复合材料的经向拉伸强度有较大影响,浅交直联结构的2.5D-Cf/Al复合材料经向拉伸强度最高,为414.85 MPa,其拉伸断口参差不齐,呈现出适中的界面结合强度;织物结构对复合材料纬向拉伸强度的影响较小,拉伸断口形貌差异不明显。     

三维正交Cf/Al复合材料的显微组织与弯曲性能

采用真空压力浸渗法制备了Cf体积分数为50%的三维正交Cf/Al复合材料,主要研究了复合材料的显微组织以及室温、高温下的弯曲性能,并分析了复合材料弯曲失效机理。结果表明,三维正交Cf/Al复合材料经向显微组织的微孔缺陷较纬向显微组织要略多,复合材料在室温、350℃和400℃时,弯曲强度分别为498.8、363.0、303.0 MPa,弯曲模量分别为70.8、63.7、65.6GPa。其中,弯曲失效主要由于内侧面受压应力导致经向纤维束屈曲变形,纬向纤维束形态较完好;外侧面受拉应力导致复合材料拉伸破坏,存在纤维拔出现象。     

Numerical simulation on thermal expansion coefficient of 3D braided C/C composites简

To effectively get the thermal expansion coefficient(CTE) of three-dimensional(3D) braided C/C composites and study the variations, a VC?? program with graphical user interfaces was obtained, based on the yarn unit model and numerical analysis. With the limited basic properties of carbon fibers and carbon matrix, CTE of 3D braided C/C composites is obtained at 85 °C. The deviation between the simulated and experimental axial CTE of 3D braided C/C composites is no more than 11 %. The effects of different parameters(including the braiding angle of 3D braided preform, the fiber volume fraction and the porosity of 3D braided C/C composites, and the elastic modulus, Poisson's ratio and CTEs of carbon fibers and carbon matrix) were analyzed with the program. The results show that the axial CTE of C/C composites decreases with the increase of the braiding angle, the fiber volume fraction, and the porosity of 3D braided C/C composites. The transverse elastic modulus of carbon fibers has the greatest effect on the axial CTE among the studied mechanical parameters, followed by the elastic modulus and Poisson's ratio of carbon matrix.     

Preparation of three-dimensional braided carbon fiber reinforced mullite composites from a sol with high solid content

To prepare the three-dimensional braided carbon fiber reinforced mullite (3D C/mullite) composites, an Al₂O₃-SiO₂ sol with a solid content of 20% (mass fraction) and an Al₂O₃/SiO₂ mass ratio of 2:1 was selected as the raw material. Characteristics and mullitization of the sol were analyzed throughly. It is found that the formation of mullite is basically completed at 1300 °C and the gel powders exhibit favorable sintering shrinkage. The 3D C/mullite composites without interfacial coating were fabricated through the route of vacuum impregnation-drying-heat treatment. Satisfied mechanical properties with a flexural strength of 241.2 MPa and a fracture toughness of 10.9 MPa·m^1/2 are obtained although the total porosity reaches 26.0%. Oxidation resistances of the composites at 1200, 1400 and 1600 °C were investigated. Due to the further densification of matrix, the 3D C/mullite composites show tiny mass loss and their mechanical properties are well retained after oxidation at 1600 °C for 30 min.     

Mechanical properties of Cf／Si-O-C composites prepared by hot-pressing assisted pyrolysis of polysiloxane

1　INTRODUCTIONContinuousfiberreinforcedceramicmatrixcom posites(CFRCMCs)show greattalentforovercomingthebrittlenessofmonolithicceramicsandareattrac tivematerialsforapplicationsrequiringlowmass ,highstrengthandtoughnessatelevatedtempera tures .Generally ,thereareseveralmethodstofabri cateCFRCMCs ,suchaschemicalvaporinfiltration(CVI) ,slurryinfiltrationcombinedwithhot pressing ,reactionbonding ,andpolymer infiltra tion pyrolysis(PIP) .ThePIProutehasgainedincreasingattentioninrecent…     

织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩性能的影响

选用ZL301合金为基体材料,采用2.5D浅交直联、三维正交和三维五向等3种结构编织了M40J碳纤维预制体,采用真空压力浸渗法制备纤维体积分数为50%的3D-C_f/Al复合材料。主要研究了织物结构对C_f/Al复合材料微观组织与压缩强度的影响。结果表明,织物结构对C_f/Al复合材料的致密度、微观组织和压缩性能影响较大。其中三维正交结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最大,分别为99.2%和417MPa;而2.5D浅交直联结构的C_f/Al复合材料的致密度和压缩强度最小,分别为95.3%和99.8MPa。     

2.5D SiO_(2f)/SiO_2复合材料制备工艺及性能研究

采用溶胶-凝胶工艺制备2.5D SiO_(2f)/ SiO_2复合材料,并对工艺参数进行了优化.研究表明:以固含量为30.73 %的硅溶胶为浸渍浆料,采用微波干燥方式,烧结温度为900 ℃时制备的复合材料具有较好的性能.经过7个制备周期后,复合材料的密度为1.65 g/cm~3,此时弯曲强度最大,可达80.7 MPa;800 ℃下烧成的材料具有最大的剪切强度和断裂韧性,分别为56.6 MPa和3.5 MPa·m~(1/2).测得试样介电常数为3.4,较好的满足了天线罩材料的介电性能要求.     

界面对浆料浸渍裂解Cf／SiC复合材料性能的影响

利用强制脉冲CVI工艺在2．5D纤维编织体上沉积C—SiC双层界面，然后通过浆料浸渍裂解方法得到了Cf／SiC复合材料，并考察界面中C层、SiC层厚度变化对Cf／SiC复合材料性能的影响。界面中C层、SiC层厚度变化对浸渍过程影响不大，得到的Cf／SiC复合材料密度基本相当，约2．0g／cm^3。但随C层厚度的增加，强度减小；随着SiC层厚度的增加，强度增加，到达一定厚度后，其强度几乎不变，为290．0MPa。在C层厚度为50nm，SiC层厚度为600nm时，表现出强的非脆性断裂。     

3D打印一体化低合金钢/中碳钢枪钻界面表征

文中提出了3D打印快速一体化制造枪钻的方法,进行了中碳钢钻柄、低合金钢钻杆和钨钴硬质合金钻头组成的复合材料枪钻毛坯3D打印工艺试验研究. 采用SEM观测分析了3D打印复合材料枪钻毛坯低合金钢/中碳钢界面微观形貌和组织结构,采用EDS, XRD对枪钻毛坯低合金钢/中碳钢元素分布、界面相成分进行了测试与分析;测试分析了枪钻毛坯低合金钢/中碳钢界面缺陷、显微硬度、抗拉强度等;通过测试与分析复合材料枪钻毛坯界面的微观组织和性能,对其界面进行了表征. 结果表明,3D打印复合材料枪钻毛坯界面性能优于焊接枪钻界面,3D打印快速一体化制造枪钻的方法可行.     

Microstructures and compressive properties of AZ91D/fly-ash cenospheres composites

Novel AZ91D Mg alloy/fly-ash cenospheres(AZ91D/FACs)composites were fabricated by melt stir technique.Fly-ash cenosphere particles with 4%,6%,8%,10%in mass fraction and 100μm in size were used.Hardness and compressive strength of the composites were measured.The effects of mass fraction of cenospheres on the microstructure and compressive properties were characterized.The results show that the cenospheres are uniformly distributed in the matrix and there is no sign of cenosphere cluster or residual pore.The densities of the composites are 1.85-1.92 g/cm 3 .By comparing with matrix,the compressive yield strength of the composites is improved,and the cenospheres is filled with Mg matrix alloy.SEM,XRD and EDX results of the composites show clear evidence of reaction product at cenosphere/matrix interface.On the basis of XRD and EDX,composition, structure and thermodynamic analysis,the main interfacial phase between the cenosphere and AZ91D Mg alloy was identified to be MgAl2O4.     

硅树脂浓度对PIP制备3D C_f/Si-O-C材料性能的影响

以三维碳纤维织物和廉价的硅树脂为原料,采用先驱体转化工艺制备3D C_f/Si-O-C材料,考察了硅树脂浓度对材料微观结构与力学性能的影响.结果表明:随着硅树脂浓度的增加,3D C_f/Si-O-C材料的密度增加,孔隙率下降,材料的弯曲强度增加,当硅树脂浓度达到54.5%时,材料的弯曲强度达到360.6 MPa;而随着硅树脂浓度的进一步增加,材料的密度虽然进一步增加,但弯曲强度和断裂韧性却明显下降,这主要是由于硅树脂浓度过高时,所制备的材料基体与纤维结合较紧,界面结合较差的原因造成的.