难熔金属及其合金纤维增强高温合金复合材料述评(一)

纤维增强金属基复合材料称为第三代复合材料。难熔金属及其合金纤维增强高温合金是这个新型材料家族中最重要的高温复合材料,它的使用温度可比目前最好的高温合金提高140℃。本文着重评述增强纤维和基体对复合材料综合性能的影响;纤维增强高温合金复合材料的生产方法;高温复合材料做燃气轮发动机高温部件的可能性。纤维增强金属基复合材料是一种高技术冶金产品,它的发展将引起冶金材料的革命。     

航空刹车副用C/C复合材料氧化行为研究

对波音757飞机用Dunlop和波音767飞机用BF Goodrich生产的C/C复合材料刹车盘试样的氧化行为进行了研究,研究结果表明:在氧化试验温度范围内,B757刹车盘材料氧化失重与温度具有三段式关系,而B767刹车盘材料具有二段式关系,它们各自对应的氧化敏感温度分别约为600℃,700℃;在氧化敏感温度以下氧化动力学曲线为直线型,在敏感温度以上曲线为指数型;通过较深程度的氧化可清晰地观察C/C复合材料纤维骨架的结构层次,E757刹车材料为二层薄炭毡中间夹一层纤维布组成的单元叠层构成,纤维布的纤维方向互成90°;B767刹车材料为无捻长纤维按一定角度旋转铺层,并在层面上铺加适量随机取向的短纤维束;材料氧化时首先在纤维与基体交界处氧化,基体炭氧化较深,纤维炭氧化成针尖状;但B757材料的炭毡纤维氧化程度较深而成管状。     

原位合成SiC颗粒增强MoSi2基复合材料的900℃长期氧化行为

研究了不同体积分数原位合成SiC颗粒增强MoSi₂基复合材料在900℃空气中1000 h的长期氧化行为.复合材料氧化1000 h后,均未发生pest现象.6种材料都表现出优异的氧化抗力,原位合成的复合材料的氧化抗力好于传统的通过热压商用MoSi₂粉末和SiC粉末混合物制备的复合材料（外加复合材料）.复合材料氧化膜表层为连续致密的α-SiO₂（α-石英）,下层为Mo₅Si₃,复合材料的氧化过程不仅是O₂与MoSi₂的作用,SiC也同时发生了氧化.材料900℃下发生硅的选择性氧化,正是这种硅的选择性氧化在MoSi₂的表面自发形成一层致密的SiO₂保护膜,使材料表现出优异的长期氧化抗力.      

钼合金表面MoSi2涂层氧化行为和氧化机理的研究

采用包埋渗硅法在钼合金表面制备了MoSi2涂层,研究了涂层的氧化行为和抗氧化机理.结果表明,钼合金基体经历30 min高温氧化后,样品表面鼓泡严重,质量失重率在11%左右;在钼合金基体表面形成MoSi2涂层后,抗氧化能力大幅度提高,经过60min的高温氧化后,样品表面完好,质量增重率为0.58%;在高温氧化过程中,Mo...     

用途广阔的氧化铝纤维

氧化铝纤维是一种新型无机材料。该产品具有优异的高温力学性能、良好的抗化学侵蚀能力和低的导热率。可广泛应用于铝基复合材料增强剂及隔热隔音材料等领域。目前以氧化铝纤维为主要原料的成型产品有 :氧化铝纤维增强铝基复合材料活塞、纤维氧化铝催化剂有机废气处理器、纤维氧化铝燃气催化燃烧辐射器及耐火隔热纤维砌块等。氧化铝纤维及其制品具有良好的发展前景。控制氧化铝纤维的不同生产工艺 ,可得到性质不同、适用于不同领域的纤维产品。利用氧化铝纤维增强的铝基复合材料活塞 ,具有高强度和耐磨、耐热冲击能力及低的热膨胀系数等特性…     

二硼化锆基复合材料的高温氧化行为研究

二硼化锆具有优异的高温性能,常被作为超高温材料应用,为了能够得到性能优异的二硼化锆复合材料,本文研究了二硼化锆基复合材料高温氧化行为。研究结果表明:随着氧化温度的升高,Zr B2-YAG-Al2O3复合材料的氧化增重率增加,在1 100℃以下复合材料的增重率变化趋势不明显,而在1 100℃以上复合材料的增重率变化趋势较为显著,因此,1 100℃确定为Zr B2-YAG-Al2O3复合材料高温抗氧化性能的温度临界值。在一定的氧化温度条件下,Zr B2-YAG-Al2O3复合材料的氧化增重率的速率随着氧化时间的延长而降低。不论是增加增强相含量,还是改善制备条件,在使得材料致密化程度更高的情况下,都可以使得Zr B2-YAG-Al2O3复合材料的高温抗氧化能力得以提高。     

Si对Ti3SiC2/Al复合材料的摩擦性能影响

MAX相因其独特的晶体结构和优良的自润滑性能受到广泛的关注,作为新型固体润滑剂添加到金属基复合材料可获得良好的摩擦磨损性能.采用铝粉、硅粉、Ti₃SiC₂粉为原材料,通过冷压成型无压烧结法制备了Ti₃SiC₂增强铝硅基复合材料.研究发现,复合材料的组成物相除Al、Si及外加Ti₃SiC₂相之外,在烧结的过程中生成了Al₂O₃和Al₄C₃随着硅元素含量质量分数的增加,大的圆球形Ti₃SiC₂逐渐减小,摩擦系数和磨损失重均呈现先减小后增大的规律.当硅的含量为12.5 %时,摩擦系数最低,其值为0.18,磨损失重也达最低;随着硅含量的增加,材料的硬度先增大后趋于平缓,致密度呈线性下降趋势.通过磨损表面SEM分析初步揭示了金属基自润滑的机理,复合材料的磨损机制为磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损并存.      

TiNi形状记忆合金强化的钛基和铝基复合材料

机敏材料在受外部刺激时可作出相应反应 ,以补偿相应的变化或增强预想的效果。连续 Ti Ni SMA纤维增强剂可以改进材料高温下的屈服应力和断裂韧性 ,同时具有机敏材料的特性 ,属于机敏材料。用 SMA作增强剂强化机敏材料的原理是 ,埋入基体中的 SMA室温加载后由奥氏体向马氏体转变 ,加热后又发生逆转变。逆转变相变过程中 ,复合材料里的 SMA收缩 ,在 SMA内产生拉应力 ,基体内产生压应力。基体中的压应力是提高机敏材料拉伸性能的主要因素。1　复合材料的制备使用四种方法制造 SMA增强复合材料 :真空热压 ,热挤压 ,火花等离子烧结和包…     

短Cf增强SiC基复合材料及制备压力和Cf含量对其性能的影响

采用先驱体浸渍裂解(PIP)法、联合液相硅漫渍(LSI)工艺和纤维干磨分散技术制备了纤维随机分布的、其体积分数ψ(Cf)分别为5%、10%和15%的短纤维增强SiC基复合材料,并研究了模压压力及纤维体积分数对该复合材料力学性能的影响.结果表明纤维增强SiC基复合材料的力学性能随其模压压力变化有所改变,最佳模压压力为20 MPa;随短纤维体积分数ψ(Cf)在一定范围内增加,复合材料的性能有所上升,当ψ(Cf)为15%时,该复合材料的断裂韧性、弯曲强度、弹性模量和显微硬度(HV25)分别为4.42 MPa·m1/2、170.1 MPa、149.6GPa和5191.     

SiC纤维增强TB8复合材料层合板力学性能研究

通过箔-纤维-箔法制备了SiC纤维增强TB8复合材料,利用光学电子显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和力学性能试验机对SiC纤维增强TB8复合材料层合板的微观组织、断口形貌与力学性能进行表征与分析,研究了铺层方式对SiC纤维增强TB8复合材料层合板力学性能的影响。结果表明:880℃/50 MPa/2 h的热压工艺下,SiC纤维增强TB8复合材料层合板复合效果良好,纤维排布均匀并与设计方向基本一致。通过对单层SiC纤维布铺设角度、铺层顺序的设计可实现对SiC纤维增强TB8复合材料不同方向力学性能的调整与改进。单向SiC纤维增强TB8复合材料的纵向性能最佳,室温抗拉强度达1362.20 MPa,■层合板在部分牺牲复合材料纵向强度的同时,提升了其横向强度。当钛基复合材料多向受力时可考虑采用■层合板;当钛基复合材料构件受力状态确定时,可采用■或根据实际情况确定的其他角度层合板。     

Introduction to Ceramic Matrix Composites in Aerospace Applications

A review of ceramic matrix composites is presented as related to their type, use, and fabrication. Ceramic composites have the potential for high fracture toughness, resistance to catastrophic failure, high strength, low density, low thermal expansion, and high temperature capability and oxidation resistance. For continued development, there are a number of key technical needs including new refractory matrices, new stable fibers, and inert coatings for flbers, as well as affordable techniques which produce the desired composite properties and accomplish complex shape capability. A better materials understanding is necessary, including fiber∕matrix interaction, and mechanics∕structure∕property relationships. Finally, technologies for transition to practice are required, including advanced materials characterization, component design methodology, large scale fabrication, attachment techniques, and nondestructive evaluation. While these composites are in the research and development stage, they offer the structural engineer excellent rigidity, high strength‐to‐weight ratio, high temperature capability and a noncatastrophic failure mode. Potential applications include turbine and internal combustion engines, aerospace structures, and high temperature leading edges and skins. A current application is the use of SiC whisker reinforced Al2O3 matrix composites as cutting tools. Significantly increased cutting speeds, improved interrupted cut performance and increased tool life are found.     

Si-SiC涂层包覆石墨材料的制备及性能表征

为了防止石墨材料在高温下的氧化,以SiC和酚醛树脂为原料,采用气相渗硅法在石墨表面制备了致密的Si-SiC涂层.利用XRD、SEM对涂层的相组成与形貌进行分析,研究了涂层在1 500℃以及1 000℃的热循环氧化行为.结果表明:经过气相渗硅后,涂层结构致密,主要由Si和SiC组成.该涂层具有良好的抗氧化防护能力,在空气条件下1 500℃和1 000℃循环氧化200 h,468 h后,包覆试样的表面质量增加分别为1.676 mg/cm~2,0.36 mg/cm~2.     

碳纤维增强铝基复合材料的研究现状

摘要：碳纤维增强铝基复合材料同时具备了增强材料和金属材料的优良特性,具有高强度、高模量、高耐磨性等特征,并且可以在导热、导电和高温下提供高强度、高弹性系数和高尺寸强度,在航空航天、汽车等行业的应用方面表现出巨大的发展空间。介绍了几种制备碳纤维增强铝基复合材料方法,从制备工艺、微观组织、力学性能等方面评述了制备的关键问题和研究现状,对界面反应、润湿性、分散性和浸渗问题进行了分析,并展望了碳纤维增强铝基复合材料的研究和发展趋势。     

Response of Quasi-Brittle Materials Reinforced by Short, Aligned Fibers

Pseudo-strain-hardening behavior of quasi-brittle materials reinforced by discontinuous, aligned fibers subjected to uniaxial tension is studied in this paper. An R-curve was used to describe transverse cracking of fiber-reinforced composites. The equivalent inclusion method and Mori-Tanaka theory were used to derive the strain energy release rate of the composites. The proposed model takes into account the influence of fiber distribution. When properties of fiber and matrix are known, the proposed model is capable of predicting whether or not a composite will fail with a single crack or multiple cracks. If a composite fails due to multiple cracks, the model can further predict its pseudo-strain-hardening behavior after the formation of the first transverse crack. The theoretical calculation reasonably matched the experimental results.     

Comparison of the Wear Properties of Polymer Composites Having CNT With and Without Glass Fiber Reinforcement

The adoption of light weight and high performance polymer matrix composites are needed for industries related to aerospace, automotive, consumer goods, etc. Polymer fiber reinforced composite material have very good desirable mechanical and thermal properties like low density, higher specific stiffness with high specific strength and a controlled co-efficient of thermal expansion with dimensional stability. The addition of carbon nanoparticle in these composites improved mechanical as well as wear properties of the material, which leads to more applications of these composites in various fields. In the present investigation carbon nanotube addition along with the glass fiber reinforced composite material was used as work material. The sliding wear tests were carried out on pin on disc wear tester. The tribological performance was studied by varying the applied load. The wear surfaces were analyzed by using scanning electron microscope, X-ray diffraction and energy-dispersive X-ray spectroscopy which are presented in detail.     

钢铁基复合材料的研究现状及发展前景

钢铁基复合材料由于具有低成本及优异的综合性能,逐渐成为复合材料开发的热点。简要阐述了钢铁基复合材料性能的影响因素,包括钢铁基体、增强体和复合界面三者的性质,归纳了目前钢铁基复合材料的主要制备方法,列举了颗粒增强钢铁基复合材料、钢铁基复合板以及纤维增强钢铁基复合材料的研究现状。最后,探讨了钢铁基复合材料的研究方向和应用前景,指出制备方法协同化、构型复杂化、用途多元化和高通量集成技术将在今后钢铁基复合材料的发展中扮演重要角色。     

高温可磨耗复合梯度涂层喷涂工艺研究

按照常压等离子喷涂工艺路线,选择合理的喷涂工艺参数和复合喷涂材料的配比,使用常压等离子喷涂设备在发动机结构件上制备出了高温可磨耗复合梯度封严涂层。对该涂层显微组织、EDS微区成分、涂层组织抗氧化性和涂层氧化增重曲线的测试分析表明,涂层的结构和性能符合相关标准,制备的涂层达到了高温可磨耗封严涂层的使用要求,并已得到实际应...     

碳基复合材料模压双极板研究进展

双极板作为质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的重要组成部件,对电池堆的重量、体积、效率、耐久度、成本起着决定性作用。目前,金属板与石墨板电堆制备技术相对成熟,已经广泛应用于商用车、乘用车领域,但复合双极板的生产制造因原料配方未完全实现国产化、无法大批量流水线生产、成本较高等在我国仍未大批量投入市场,寻找低成本的原材料、优化原料配比及加工条件、缩短加工周期对复合双极板的产业化具有重要意义。本文首先比较了金属双极板、石墨双极板和复合双极板的特点,介绍了复合双极板的模压工艺及优点,然后概述了碳基复合材料模压双极板的研究进展,包括以酚醛树脂、环氧树脂和乙烯基酯树脂等热固性树脂为黏结剂的树脂/石墨复合双极板和炭黑、碳纤维、碳纳米管增强复合双极板,重点总结了原料种类、配比和成型工艺条件对双极板性能的影响,最后梳理了复合双极板的产业化现状,提出国内外主要双极板研发企业面临的问题,并对复合双极板的发展方向进行了展望。