新型Acrylic/TiNi复合材料阻尼与力学性能研究

兼具优良吸能特性和高阻尼性能的金属基复合材料有着广泛的应用需求。采用“均混-压制-脱溶-烧结”的四阶段粉末冶金技术制备三维通孔的TiNi多孔材料，并以TiNi多孔材料为基体，基于真空负压渗流技术制备新型Acrylic/TiNi复合材料。内耗测试表明：新型复合材料阻尼能力远高于相应的多孔材料，尤其在室温附近。分析表明，复合材料阻尼能力的提高除与Acrylic的本征高阻尼有关，还与复合材料的多孔TiNi基体和Acrylic之间新增的大量界面阻尼有关。准静态压缩力学性能测试表明：Acrylic/TiNi复合材料可实现和TiNi多孔合金相近的能量吸收效率，这源于复合材料更长且更光滑的压缩平台区。此外，增强相Acrylic的充分渗入，极大提高复合材料的能量吸收能力和屈服强度。压缩形变机制分析表明，复合材料吸能特性的综合提高与压缩过程中TiNi多孔基体和Acrylic填充物之间相互补偿和耦合有关。     

高阻尼TiNi合金

等原子比的TiNi合金除具有独特的形状记忆效应、超弹性效应和良好的耐磨耐蚀性外,还有着优异的阻尼性能,为当前几种最著名的高性能减振合金之一.用自蔓延高温合成(燃烧合成)法制备了孔洞发达、形状不规则、相对孔隙度50%左右的多孔TiNi合金.多孔体密度为3.15g/cm3,压缩强度270MPa,压缩变形率20%,压缩弹性模量2.5GPa.其阻尼性能比相同成分的致密TiNi合金提高了50%以上,对振动的衰减比致密TiNi合金高一个数量级.     

玻璃空心微球/铝基多孔复合材料的制备及其准静态压缩特性和吸能性能

铝基多孔复合材料由铝基体和空心微球复合而成，兼具轻质与吸能特性。本文采用放电等离子烧结(SPS)方法制备玻璃空心微球/铝基多孔复合材料，通过光学显微镜、SEM、准静态压缩原位观察和数字图像相关技术表征，分析了空心微球含量及尺寸对复合材料准静态压缩变形行为和吸能性能的影响。结果表明：两步升温SPS烧结制备所得的铝基多孔复合材料，其微球弥散均匀嵌于铝基体中，铝基体熔合致密。随空心微球含量增加，复合材料压缩应力整体降低，屈服平台区扩大但由平滑转变为锯齿状，压缩变形行为从较均匀的鼓状形变逐渐发展为脆性剪切，微球体积分数为50vol%的多孔复合材料吸能能力为23.6 J·cm^-3，高于体积分数为30vol%和70vol%的多孔复合材料，复合材料吸能能力与微球含量间存在最优对应关系。小尺寸微球具有更好的抗压能力，随小尺寸微球占比的提高，复合材料微观上可承受更高的应力-应变集中，宏观上剪切形变的压缩应变增大，本文中小尺寸微球多孔复合材料的峰值应力和吸能能力分别为89.4 MPa和29.0 J·cm^-3，与大尺寸微球多孔复合材料相比分别提高23.5%和22....     

TiNi形状记忆合金约束态相变及驱动特性研究进展

TiNi形状记忆合金作为一种驱动材料具有广阔的应用前景，同时TiNi合金丝增强复合材料的研究和应用也得到人们的重视。TiNi合金的驱动能力与其约束条件下的相变行为有密切的关系。综述了不同约束态条件下TiNi形状记忆合金丝的马氏体相变特征及其驱动特性的研究进展。     

纳米羟基磷灰石／聚己内酯-壳聚糖复合多孔支架材料的制备与表征

结合纳米羟基磷灰石(n-HA)和聚合物的优点,采用溶液共混相分离制备出聚己内酯(PCL)-壳聚糖(CS)多孔支架材料,并采用离心注浆填充新方法对支架材料进行增强,制备复合多孔支架材料。用扫描电子显微镜、红外光谱、元素分析、孔隙率和抗压强度对材料进行了表征。结果表明复合材料具有良好的界面结合;孔隙率分析表明材料具有60%~80%的孔隙率,符合骨组织工程对支架材料的要求;力学性能测试表明材料的压缩强度得到大幅度提高。     

冷轧变形对TiNi合金阻尼特性的影响

为了探讨冷轧变形对TiNi合金阻尼特性的影响,及TiNi合金马氏体的阻尼特性与组织结构之间的关系,采用示差扫描量热分析、透射电镜分析、动态机械分析和音频阻尼测试方法,系统研究了冷轧变形后Ti50Ni50合金马氏体的阻尼特性.研究结果表明:低频和音频时,Ti50Ni50合金马氏体的阻尼值随着冷轧变形量的增加呈现先增加而后降低的趋势,且音频时热马氏体和冷轧变形后马氏体的阻尼值较低频时的阻尼值均有大幅度地下降;冷轧后马氏体的高阻尼不仅与界面运动有关,也与马氏体中的缺陷有关.     

多次压缩载荷下聚丙烯挤出发泡材料的吸能特性

以化学交联法制备的改性聚丙烯(PP)为基体材料,偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂,采用挤出法制备了PP发泡材料,研究了循环压缩、残余应变对发泡材料吸能特性的影响。结果表明,材料的能量吸收能力及吸能效率均随循环压缩次数增加而下降;定应变循环压缩模式下,能量吸收能力及吸能效率随泡沫密度的下降而下降,变应变模式时材料密度对能量吸收能力及吸能效率没有明显的影响规律。此外,材料的吸能特性随残余应变值的增加而下降。     

不同结构UHMWPE纤维纬编针织复合材料压缩性能

针对高性能超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的特性,成功编织出纬平针、罗纹、畦编3种针织物。采用真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）技术,分别制备出6层纬平针、6层罗纹以及6层畦编织物复合材料板。对3种结构复合材料进行压缩试验,并比较分析了比压缩强度-应变曲线、比压缩能量-应变曲线、比压缩能量-应变拟合曲线,分析了压缩过程中的能量吸收情况及材料的破坏形式。结果表明:纬平针结构复合材料的比压缩强度和比压缩能量均最大,其次是罗纹,畦编最小;且3种结构复合材料的压缩破坏过程均不属于脆性破坏;由于材料表现出较好的柔韧性,试样的比压缩能量与压缩应变呈线性相关;相同结构复合材料纵、横向比压缩强度-应变曲线和比压缩能量-应变曲线几乎重合。基体沿增强结构呈分层现象的破坏和树脂的塑性变形是材料的主要破坏形式。      

TiNi合金表面沉积类金刚石薄膜的性能评价

类金刚石膜作为新型的生物材料得到了广泛的关注。本实验制备的薄膜为典型的类金刚石膜,膜层比较致密、均匀和光滑。膜层硬度随离子束能量变化,在束电源为750V附近出现峰值,硬度达到了15GPa,该膜的摩擦系数为0.124。在Troyde’s模拟体液中的电化学分析表明,类金刚石膜显著提高了TiNi合金表面抗点蚀能力。     

β-磷酸三钙/聚L-乳酸与大鼠骨膜成骨细胞复合骨修复材料的研究

采用溶液浇铸-模压成型-沥滤方法制备了β-TCP/PLLA多孔支架材料, 将支架材料与大鼠骨膜成骨细胞复合获得新型组织工程骨修复材料. 通过抗压强度及压缩模量的表征研究了支架材料的力学性能; 采用SEM观测、MTT法、碱性磷酸酶活性及骨钙素分泌量检测细胞复合材料的体外成骨特性; 通过裸鼠肌袋种植, 以组织学方法评价细胞复合材料的异位成骨能力. 结果表明: β-TCP/PLLA多孔支架材料孔隙率可调, 孔径为100～00μm, 孔道相互贯通; 材料抗压强度和压缩模量随孔隙率的增大而降低, β-TCP复合PLLA后材料的力学性能高于同孔隙率的纯PLLA多孔材料; 复合支架材料适宜骨膜成骨细胞粘附和生长, 无细胞毒性; 骨膜成骨细胞复合β-TCP/PLLA支架材料的体外成骨特性良好, 且具有体内异位成骨能力.     

以石墨烯气凝胶为导电相的压电阻尼复合材料

阻尼材料在减振降噪领域有着极其重要的应用,而压电阻尼复合材料能够在普通阻尼材料摩擦损耗基础之上进一步引入力-电-热损耗,从而提高基体材料的阻尼性能,使其在主动和被动减震方面备受青睐。但是通常为了达到导电渗流阈值,需要添加大量的导电相。采用模板辅助氧化石墨烯自组装的方式制备了三维石墨烯气凝胶,以此作为导电相,以聚氨酯/聚甲基丙烯酸丁酯/聚甲基丙烯酸甲酯IPN共聚物作为基体,锆钛酸铅压电陶瓷作为压电相,制备了压电阻尼复合材料。三维石墨烯气凝胶的使用,由于其本身三维导电网络的存在,使得制备的压电阻尼复合材料可以在很低的导电相含量下达到导电渗流阈值,将压电陶瓷产生的电能转化为热能损耗掉,有效拓宽了基体材料的阻尼温域和提高了材料室温下的阻尼性能。     

高比强多孔铝合金的压缩变形性能

采用渗流法制备了新型多组元、高比强多孔铝合金，研究了合金的单向压缩变形特征和能量吸收性能，讨论了孔壁厚度均匀性、孔隙率和强化热处理对性能的影响．结果表明：提高多孔铝合金的孔壁厚度的均匀度和强化热处理都显著提高多孔铝合金的压缩吸能性能；随着孔隙率的降低多孔铝合金的压缩强度增加。     

Mg/NiTi复合材料的制备及阻尼性能

采用Mg粉的无压熔渗法制备Mg/NiTi复合材料以提高多孔NiTi合金的强度和阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析Mg/NiTi复合材料的显微组织结构,采用压缩实验分析其抗压强度、吸能能力,采用热机械分析仪分析其内耗和存储模量。结果表明:经Mg粉无压熔渗后,多孔NiTi合金的孔隙被Mg填充,其孔隙率由原来的50.38%下降至5.6%,且Mg与NiTi合金的界面结合良好。多孔NiTi合金主要由B2奥氏体相和B19'马氏体相及少量Ni₃Ti相和NiTi₂相组成;Mg/NiTi复合材料除增加了熔渗的Mg相外,还新生成了Mg₂Ni相。Mg的渗入未改变多孔NiTi合金相变行为,但提高了相变温度。Mg/NiTi复合材料的抗压强度可达554 MPa,较多孔NiTi合金提高了61%,压缩断裂方式也由多孔NiTi合金的孔壁崩塌断裂转变为Mg/NiTi复合材料的剪切断裂。Mg/NiTi复合材料的吸能较多孔NiTi合金有大幅提高。同时,Mg/NiTi复合材料的内耗值有所增加,而存储模量大幅提高,整体呈现出更佳的阻尼性能。      

碳纳米管增强环氧树脂复合材料阻尼性能的研究

采用热压成型法制备出碳纳米管环氧树脂复合材料,并对其分散性能和阻尼性能进行了研究。扫描电镜(SEM)分析表明,通过超声振荡处理和分散剂辅助处理可以将碳纳米管较好地分散在环氧树脂基体材料中。采用自由振动对数衰减率法和动态热机械分析仪(DMTAⅤ)对复合材料的阻尼性能进行了测试,结果表明,在环氧树脂基体中加入碳纳米管能够提高复合材料的阻尼性能,并且随着碳纳米管质量分数的增加,复合材料的阻尼性能不断增强,掺加直径为10~20nm的碳纳米管比掺加直径为30~50nm的碳纳米管能更大地提高复合材料的阻尼性能。     

高阻尼铝基复合材料的研究

采用包套挤压法制备了高阻尼6061Al/SiCp/ 石墨混杂金属基复合材料,并对所制备的复合材料的金相组织、力学和阻尼特性进行了初步分析。包套挤压法制备的6061Al/SiCp/石墨混杂金属基复合中增强增阻颗粒分布均匀,其体积分数可精确控制。SiC颗粒作为增强剂能够增大复合材料的强度和刚度,而石墨粉作为增阻剂可以提高复合材料的阻尼特性。试验结果表明,能够应用包套挤压法制备力学性能和阻尼特性符合定要求的新型结构－功能材料－6061Al/SiCp/石墨混杂金属基复合材料。     

仿竹结构单丝玻璃纤维增强多孔聚醚砜基复合材料

竹子是一种以竹纤维为增强体、多孔木质素为基体而组成的天然复合材料。本文借鉴竹子的结构特征,采用高性能热塑性聚合物浸没沉淀相转化法在玻璃纤维(GF)表面沉积梯度孔径分布的多孔聚醚砜(PES)基体,制备仿竹结构单丝玻璃纤维增强多孔聚醚砜基复合材料(GF/PES),并对其微观形貌、拉伸力学性能和“温度-模量”智能响应性进行了研究。结果表明,基于梯度多孔PES基体良好的吸能作用及其对玻璃纤维表面微小缺陷的修复作用,GF/PES的拉伸强度和断裂伸长率最高可分别比GF提高39.11%和58.1%。此外,多孔聚合物基体还可作为各类功能材料的载体,例如在其多孔结构中填充水,当水随着温度变化发生相变时,可赋予GF/PES显著的模量变化,从而制备出“温度-模量”智能响应复合材料。      

甲基乙烯基硅橡胶/丁基橡胶的阻尼性能与热稳定性研究

用共混-硫化法制备了甲基乙烯基硅橡胶/丁基橡胶(PMVS/IIR)复合材料,并采用拉伸测试和动态力学测试(DMA)、TG分析了材料的力学性能、阻尼性能和在空气中的热稳定性.结果表明,通过改变聚合物组分的配比和硫化剂的用量,可得到力学性能较好的复合材料.DMA测试表明,与硅橡胶相比,在以酚醛树脂作为硫化剂时,复合材料的阻尼温域从0℃拓宽到近150℃(-50～100 ℃),阻尼因子从0.12提高到0.69.所制备出的材料可作为阻尼材料使用.     

PP/POE/SGF三元复合泡沫体的压缩吸能特性研究

在准静态单向压缩条件下,测试和分析了聚丙烯(PP)/乙烯-1-辛烯共聚物(POE)/短玻璃纤维(SGF)三元泡沫复合材料的压缩性能,考察了SGF的质量分数对压缩弹性模量、屈服强度和能量吸收特性的影响.结果表明:PP/POE/SGF泡沫复合材料的压缩应力-应变曲线具有典型的弹性变形、屈服平台和致密化三个阶段;适量SGF的引入提高了压缩弹性模量、屈服强度和吸能能力,而在研究的范围内,较高含量(20%以上)的SGF才能提高泡沫复合材料的吸能效率,其增强效果不如吸能能力明显.     

空心微珠/金属基复合泡沫制备方法与吸能性能的研究进展

金属基复合泡沫是由空心微珠和金属基体复合而成的一种新型结构功能多孔复合材料。它具有许多优异的性能,如轻质、高比强度、高比刚度、高吸能能力、隔热、吸声隔音及电磁屏蔽等,高吸能能力是金属基复合泡沫的突出特点,在防撞、减振、缓冲及防爆抗振的汽车、航空航天、军事装备及船舶等领域具有广阔的应用前景。本文对金属基复合泡沫的基体材料、空心微珠填充材料、影响金属基复合泡沫压缩吸能性能的因素及压缩吸能机制进行了概述,重点报道了金属基复合泡沫常用的制备工艺及近年来铝基、镁基、锌基及钢基复合泡沫吸能性能的研究进展,分析了当前研究中存在的一些问题,并对金属基复合泡沫的应用现状作了阐述,最后展望了金属基复合泡沫的研究发展趋势。      

TiNi形状记忆合金的滑动摩擦噪声特性研究

利用销-盘磨损试验机以及振动加速度传感器和精密声级计,研究了TiNi形状记忆合金在不同相结构下的滑动摩擦噪声特性.结果表明:由于磨损造成摩擦表面形貌恶化,使摩擦力值增大,且波动剧烈,急剧变化的摩擦力对摩擦系统不断输入能量,引起系统产生自激振动,向环境中辐射噪声.母相时,TiNi合金阻尼性能相对马氏体较低,只能通过良好的耐磨性而保持磨损面形貌恶化速度较慢,从而延缓摩擦啸叫的产生;母相/马氏体相共存时,合金有很高的阻尼性能,具有很好的减振降噪性能;马氏体态时由于TiNi合金销试样接触刚度下降,导致系统失稳,产生激振,引发高频噪声.