包套热挤压SiCp/6066铝基复合材料断裂机制和强化机制的研究

采用包套热挤压工艺制备了不同体积分数SiC颗粒增强的6066铝基复合材料,结合其断口形貌及微观组织,分析了材料的断裂机制及抗拉强度和屈服强度随SiC增强颗粒体积分数变化的规律.结果表明,材料的断裂机制为颗粒与基体间的界面脱粘以及SiC团聚体的脆性开裂.当SiC颗粒的体积分数小于12%时,随着SiC颗粒增强相的增加,SiCp/6066铝基复合材料的抗拉强度和屈服强度增加.当SiC颗粒的体积分数大于12%时,材料的强度增加减缓或略有下降,其主要强化机制是位错强化和弥散强化.     

激光增材制造镍基复合材料界面连接机制与断裂行为

基于颗粒增强镍基复合材料优异的结构/功能特性，在航空航天、核电军工和电子电工等领域有着广泛的应用前景。本文选用机械球磨混粉+激光选区熔化方法 (SLM)制备了碳化钨(WC)颗粒增强IN718复合材料(WC/IN718)，对复合材料内部异质界面连接机制、强化机制和断裂行为进行了分析。研究结果表明：随着WC颗粒含量的增加(0wt%～20wt%)，试件成形良好，WC颗粒均匀分布在基体内部，异质界面处无缺陷产生，界面处产生了贫碳的W₂C层和碳化物层，基体合金主要呈柱状晶生长。由于熔池内部能量密度分布不同，低温位置WC颗粒的断裂方式为先形成界面反应层后由热应力引起断裂，高温位置WC颗粒优先发生断裂，断裂成小尺寸颗粒，后与熔化的基体合金形成界面反应层，弥散分布在基体内部。随着WC颗粒含量的增加，复合材料的强度呈现升高的趋势，而断裂韧性降低，抗拉强度最高可达1 280 MPa，强化机制主要为载荷传递强化，断裂机制为WC颗粒的脆性断裂和基体合金的韧性断裂。     

纳米TiO2颗粒弱界面增强树脂基复合材料宏观力学行为有限元模拟

基于蒙特卡罗法, 编写了随机分布颗粒增强复合材料的二维代表体积单元生成程序, 建立了纳米颗粒增强树脂基复合材料的有限元模型, 其中采用双线性内聚力模型描述复合材料弱界面的应力与位移关系。通过纳米TiO₂ 颗粒增强环氧树脂基复合材料应力应变行为模拟结果与文献结果对比, 证明了模型的有效性。讨论了弱界面情况下, TiO₂颗粒质量分数与颗粒尺寸对复合材料宏观有效模量的影响, 并对复合材料弱界面渐进损伤过程进行了非线性分析。结果表明: 随着纳米TiO₂颗粒质量分数增加, 复合材料杨氏模量和断裂延伸率均有所增强, 但材料屈服强度有所降低; 相同颗粒质量分数情况下, 随着颗粒尺寸的增大, 颗粒与基体材料之间界面单元总长度减小, 复合材料断裂延伸率有所下降。     

界面弹塑性对原位SiCp/7075Al复合材料弹性模量影响的数值分析

界面把载荷从基体传递到增强体是复合材料弹性变形阶段的重要强化机制。应用ABAQUS有限元软件模拟分析了界面弹塑性对原位SiCp/7075Al复合材料弹性模量的影响规律,结果表明:界面与基体所需的模量比值与颗粒体积分数有关,并不局限于20%~30%;随着界面弹性模量的增大,基体塑性变形量增大,复合材料塑性性能变差;颗粒体积分数大时,界面/基体模量比取满足增强效果的最小值即可;颗粒体积分数越大,界面性能对复合材料的弹性模量的影响越显著,界面弹塑性比基体弹塑性对复合材料弹性模量的影响更明显,并且界面弹塑性会明显地降低颗粒体积分数比较大的复合材料的弹性模量。     

高体分SiC颗粒增强镁基复合材料的显微组织与力学性能EI北大核心

预先对SiC颗粒增强体进行表面氧化处理,然后采用压铸浸渗法制备了体积分数为51.5%的SiCp/Mg-6Al-0.5Mn复合材料。通过压缩性能测试、扫描电镜、透射电镜等方法,研究了复合材料的显微与力学性能。结果表明,在基体Mg-6Al-0.5Mn合金掺入51.5%体积分数的SiC颗粒预制块后,复合材料的组织致密,分布均匀,其断裂方式包括界面脱开、基体韧断和增强体开裂。SiC颗粒与基体之间发生了界面反应,生成了纳米级的Mg2Si化合物。同时,适度的预氧化可以提高基体与颗粒之间的界面结合强度,从而使复合材料抗拉强度得到提高。     

SiCP/AZ80镁基复合材料的界面与断口特征

本文用SEM,TEM研究了SiC颗粒增强AZ80镁合金复合材料的界面结构和断口形貌。结果表明,SiC颗粒与镁合金界面结合紧密,没有发生界面化学反应,但在界面处可以观察到Mg₁₇Al₁₂共晶相在SiC表面形核生长。对复合材料断口观察表明,SiC颗粒与镁合金界面之间的粘结强度大于基体的撕裂强度,SiC颗粒的聚集、团聚是导致复合材料断裂的主要原因,且复合材料的断裂形式趋向脆性断裂。     

界面过渡层对SiC/Al双连续相复合材料性能的影响

研究了界面过渡层对SiC/Al双连续相复合材料性能的影响.结果表明,界面过渡层降低了复合材料中的残余应力,改善了界面的结合,提高了复合材料的压缩性能.当界面过渡层中SiC的体积分数接近50%时,复合材料的压缩强度最高,塑性最好,但弹性模量较低.界面过渡层的存在改变了复合材料的弯曲断裂机制.SiC原始泡沫增强的复合材料在断裂时,增强体SiC泡沫先断裂,基体后破坏,断裂表面凹凸不平;含界面过渡层的复合材料断裂时,过渡层的外侧界面先被撕开,内侧界面结合良好,基体与增强体同时断裂,断口平整.     

陶瓷基复合材料界面结合强影响断裂过程的有限元研究

提出了纤维增强复合材料断裂有限元模型,该模型既用弹簧单元考虑了基体与纤维之间的分离,又用接触单元考虑了基体与纤维之间的摩擦,较真实地模拟了纤维增强复合材料的断裂过程。通过有限元计算,预测了基体与纤维之间的界面结合强度对整个复合材料断裂模式的影响。还对强弱两种不同基体弹性模量的材料进行进一步的探讨。对比其他文献 , 本文中预测结果与真实情况较为吻合。结果表明,对于纤维增强复合材料,不论是强基体还是弱基体,适中的界面结合强度有助于提高其韧性及整体抗拉强度。       

不同粒度SiCP增强铜基复合材料拉伸性能及断裂机制的研究

以不同粒度SiCP和电解铜粉为原料,采用粉末冶金工艺制备了SiCP增强Cu基复合材料.研究了SiCP和基体铜粉粒度的变化对材料拉伸性能和断裂机制的影响.结果表明,在基体铜粉粒度为44μm时,10μm的SiCP增强复合材料的抗拉强度达到最大值,为265.7MPa,其断裂机制是以Cu-SiC界面处基体撕裂为主,而当SiCP粒度为2μm时,由于分散不均匀、团聚等原因使得材料强度降低.大粒度SiCP(＞10μm)增强复合材料由于界面面积有限和增强颗粒间距过大,使得增强效果有限,其断裂机制是以Cu-SiC界面脱粘和SiCP解理开裂为主.实验证实了在SiCP增强铜基复合材料中基体和增强颗粒粒度存在着最佳配比关系可使复合材料达到最佳增强效果.     

SiC 颗粒增强金属基复合材料弹性模量与界面结合状况关系研究

通过比较SiC_P/1100A l 和SiC_P/7075A l 两种复合材料的界面状况和弹性变形特点发现:两种复合材料界面结合状况的不同导致材料弹性模量相差较大, 界面把载荷从基体传递到增强体是复合材料弹性变形阶段的重要强化机制, 而且强化机制的作用发挥取决于基体与增强体之间的界面结合力。      

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2(SO4)3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数(5%、7%)的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明:施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。     

不同物相电沉积CNTs对C/SiC复合材料力学性能的影响

采用电沉积法与化学气相渗透(CVI)法将碳纳米管(CNTs)分别引入到碳纤维表面和SiC基体中,制得了不同物相电沉积CNTs的C/SiC复合材料(CNTs-C)/SiC和C/(CNTs-SiC)。研究了CNTs沉积物相对C/SiC复合材料力学性能的影响,分析了不同CNTs沉积物相的C/SiC复合材料的拉伸强度及断裂机制。结果表明:相较于未加CNTs的C/SiC复合材料,CNTs沉积到碳纤维表面的(CNTs-C)/SiC复合材料的拉伸强度提高了67.3%,断裂功提高了107.2%;而将CNTs引入到SiC基体中的C/(CNTs-SiC)复合材料的断裂功有所降低,拉伸强度也仅提高了6.9%,CNTs没有表现出明显的增强增韧效果;C/(CNTs-SiC)复合材料与传统的C/SiC复合材料有相似的断裂形貌特征,断裂拔出机制类似,主要为纤维增强增韧,CNTs的作用不明显。     

纳米颗粒分布对镁基复合材料强化机制的影响

Orowan强化、 热错配强化和Hall-Petch强化是纳米颗粒增强镁基复合材料的主要强化机制, 纳米颗粒在基体中的分布状态对起主导作用的强化机制具有重要影响。本文中对现有强化机制模型进行了适当修正, 以纳米SiC颗粒增强AZ91D复合材料为例, 通过理论计算分析了纳米颗粒完全分布于晶内、 完全分布于晶界、 在晶内晶界上均有分布的三种状态对镁基复合材料屈服强度的影响, 并与实验结果进行对比。结果表明: 颗粒完全分布于晶内时, 增强效果最好, 主要增强机制为Orowan强化; 颗粒完全分布于晶界上时, 增强效果最差, 主要增强机制为Hall-Petch强化。颗粒在晶内晶界上均有分布时, 多种强化机制共同发挥作用, 增强效果随着晶内与晶界上颗粒比例的减小而逐渐减弱。     

原位反应热压烧结SiC/MoSi_2复合材料的力学性能研究

采用原位反应热压烧结工艺成功制备了不同SiC体积分数的SjC/MoSi2复合材料,研究了SiC/MoSi2复合材料的室温抗弯强度、断裂韧性随SiC体积分数变化的规律,分析了SiC/MoSi2复合材料的强韧化机理.结果表明,SiC的加入显著提高了MoSi2基复合材料的室温力学性能,SiC/MoSi2复合材料的抗弯强度和断裂韧性均优于纯MoSi2,并且随着SiC体积分数的增加而增大;SiC/MoSi2复合材料的强化机制主要是弥散强化和细晶强化,韧化机制主要是微裂纹增韧.     

非连续增强铝合金复合材料的力学性能

用粉末冶金法制备了ＳｉＣｐ／铝合金复合材料，并对其进行了力学性能测试和断裂特性分析；综述了用不同工艺生产的非连续增强ＭＭＣ的性能及影响因素；试图说明增强体／基体界面结合力是铝合金复合材料性能的控制因素；指出寻求适当的界面结合力是复合材料设计中的一个重要内容。     

SiCp颗粒增强铝基复合材料塑性变形中过程的强化机制与断裂机制研究

综述了SiCp颗粒增强铝基复合材料的强化机制与断裂机制.分析了影响SiCp颗粒增强铝基复合材料强化、断裂的因素及其低塑性的原因,在此基础上提出改善其塑性的几点设想.     

废印刷电路板非金属粉增强及磨碎玻璃纤维增强聚丙烯力学性能

分别用废印刷电路板(PCB)非金属粉、磨碎玻璃纤维作为增强材料,采用熔融共混方法制备了聚丙烯(PP)基复合材料,并通过其力学性能试验和缺口冲击断面、废PCB非金属粉、磨碎玻璃纤维的形貌观察,分析研究了两种增强材料及表面改性对复合材料力学性能的影响。实验结果表明：废PCB非金属粉/PP复合材料力学性能得到了明显提高,其中拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量最大增幅分别为28%、41%、86%和133%;废PCB非金属粉与磨碎玻璃纤维都能作为PP增强填料,但其韧性降低;表面改性对废PCB非金属粉/PP复合材料力学性能的影响不大,但是对磨碎玻璃纤维/PP复合材料力学性能的影响大;废 PCB非金属粉/PP复合材料综合力学性能高于磨碎玻璃纤维/PP复合材料,可代替磨碎玻璃纤维作为PP基复合材料的增强填料,不仅可以减少环境污染,实现资源再利用,而且大大降低复合材料成本。     

Effects of fibre content on mechanical properties and fracture behaviour of short carbon fibre reinforced geopolymer matrix composites

Geopolymer matrix composites reinforced with different volume fractions of short carbon fibres (C_f/geopolymer composites) were prepared and the mechanical properties, fracture behaviour and microstructure of as-prepared composites were studied and correlated with fibre content. The results show that short carbon fibres have a great strengthening and toughening effect at low volume percentages of fibres (3·5 and 4·5 vol.%). With the increase of fibre content, the strengthening and toughening effect of short carbon fibres reduce, possibly due to fibre damage, formation of high shear stresses at intersect between fibres and strong interface cohesion of fibre/matrix under higher forming pressure. The property improvements are primarily based on the network structure of short carbon fibre preform and the predominant strengthening and toughening mechanisms are attributed to the apparent fibre bridging and pulling-out effect.     

加载循环数对2D针刺C/SiC复合材料疲劳剩余强度的影响

为研究陶瓷基复合材料的低周疲劳失效机理,通过试验和细观分析对其疲劳特性进行了探讨。研究了室温下加载循环数对2D针刺C/SiC复合材料拉-拉疲劳剩余强度的影响,并采用光学显微镜和扫描电子显微镜对该材料的断口形貌和微观结构进行了观察。结果表明:2D针刺C/SiC复合材料具有较好的抗疲劳特性,在85%极限拉伸强度(UTS)载荷下的循环数超过106;随着加载循环数的增加,剩余强度先增大然后下降。断口分析表明:纤维拔出长度随着加载循环数的增加而增加,说明在疲劳加载过程中,纤维/基体的界面结合强度降低,减缓了材料内部受力的不均匀性,提高了材料的承载能力,使2D针刺C/SiC复合材料出现了疲劳强化现象。      

原位自生TiB_2/A356复合材料拉伸行为的细观分析

采用原位自生法制备了TiB2/A356复合材料,并对该材料的拉伸性能进行了研究。结果表明,随着颗粒体积分数的增加,复合材料的弹性模量、屈服强度和抗拉强度增大,而延性稍有下降。断口观察表明,其主要断裂机制为颗粒与基体界面脱粘和颗粒团聚内部疏松引起的脆性开裂。针对此种复合材料提出一种弹性模量简化计算模型,同时对其屈服强度也进行了细观分析。