C/Al复合材料电性能研究

本文主要研究了碳纤维增强铝复合材料中纤维含量、纤维排布方式和温度对材料导电性能的影响,实验结果表明,复合材料的电阻率随着纤维含量的增加,纤维排布角度的增大和测试温度的增高而增大。     

短纤维交错排布复合材料沿轴等效模量的理论预测

该文针对高性能短纤维交错排布复合材料的刚度预测发展了三维"拉伸-剪切链"模型,并通过了有限元(FEM)计算验证,能够合理地预测短纤维交错排布复合材料的等效模量。验证结果显示,对于纤维长细比的变化、纤维体积含量的变化、纤维和基体间弹性模量比的变化,三维"拉伸-剪切链"模型都可以给出合理的预测,为短纤维交错排布复合材料的刚度设计提供了理论指导和参考依据。研究还显示,同样纤维体积含量和长细比下短纤维交错排布复合材料的等效模量远大于短纤维对齐排布的等效模量,说明了短纤维交错排布结构的优越性。     

纤维分布方式对碳纤维—铜复合材料导热性能的影响

研究了纤维排布方式和纤维含量对碳纤维－－铜复合材料热悍率的影响，结果表明，随纤维含量增加，复合材料的热导率下降；短纤维无序分布的复合材料的热导率大于纤维呈双向正交和涡卷状分布的复合材料的热导率。     

考虑纤维/基体界面相的复合材料湿扩散模型

通过类比复合材料湿扩散与热传导的控制方程以及边界条件,以Halpin & Tsai模型为基础,发展了一个考虑了纤维/基体界面相的三相复合材料湿扩散模型,并研究了纤维界面随机损伤对湿扩散的影响。建立了纤维周期排布、随机排布、界面相损伤随机分布3种细观有限元模型。用上述模型分析了单向复合材料横向有效湿扩散系数（TEMDUC）随纤维和界面相体积分数、湿扩散性能以及界面相损伤率变化的规律,理论预测与有限元计算结果一致。研究发现：界面相或纤维相的扩散系数存在一个临界值,当扩散系数小于该临界值时,TEMDUC随纤维体积分数的增大而减小;反之,TEMDUC随纤维体积分数的增大而增大,此临界值的大小与纤维体积含量无关。研究还发现纤维界面损伤率相同的条件下,其分布的随机性对复合材料的有效湿扩散系数影响不大。     

高温环境下纤维增强复合材料等效参数预测

为提高复合材料热结构动力学建模与动态特性分析效率,从复合材料等效性能物理意义出发,建立了弹性性能与热膨胀系数预测方法:在细观有限元模型基础上,分别施加周期性位移边界条件与温度边界条件,然后根据均匀化方法获得等效力学性能。以复合材料梁、板结构为对象开展仿真研究,通过等效前精细化模型和等效后均质模型热模态分析结果比较,验证预测方法的有效性。此外,研究了不同类型单胞、不同纤维排布方式对复合材料宏观弹性常数、热膨胀系数的影响,结果表明:不同纤维排布方式下,正方形排布纤维束预测结果比六边形排布纤维束预测精度高;同一纤维排布方式下,整个单胞的等效预测精度较缩减后的代表性体积单元(RVE)精度高。     

碳纤维(碳毡)/树脂复合吸波材料的研究

分别研究了平铺排布的碳毡和单向排布的碳纤维类吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:单向排布的聚丙烯腈基碳纤维的吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关。本实验条件下可获得有效带宽大于3 GHz,10 dB以下的反射衰减。平铺排布碳毡的吸波性能随碳毡含量的影响较大,含量0.27 wt%时,在8 GHz~18 GHz 频段获得90 %以上的吸收率。     

石英玻璃纤维/气凝胶复合材料的热导率计算及优化

纤维含量和直径是影响纤维/气凝胶复合材料热导率的重要参数。采用常压干燥工艺实验制备了石英玻璃纤维/SiO_2气凝胶复合材料,基于材料微观结构表征结果建立了纤维/气凝胶复合材料总体热导率的计算模型,研究了纤维含量和纤维直径对复合材料热导率的影响规律。通过二元优化(即同时优化纤维体积分数和直径)获得了复合材料的最小总体热导率,与单一优化纤维含量或纤维直径相比总体热导率可分别减少50%和20%(以1000K为例);并探讨了在不同温度条件下复合材料中最优纤维含量和纤维直径的变化规律,发现随温度升高最优纤维含量增大而最优纤维直径减小。研究结果可用于指导纤维/SiO_2气凝胶复合材料的结构设计和性能优化,促进气凝胶复合材料在航空航天、工业、建筑等领域的节能应用。     

玄武岩增强硼酚醛树脂基复合材料工艺性能研究

利用正交试验方法,讨论冷却方式、成型压力、增强纤维百分含量、成型温度对玄武岩增强硼酚醛树脂基复合材料拉伸强度和弯曲强度的影响.结果表明:复合材料中增强纤维百分含量对其力学性能影响最大,成型压力增大有利于复合材料力学性能的改善,成型温度对基体材料的结构有较大影响,当成型温度较高时,复合材料具有较大的弯曲强度,延长冷却时间有利于复合材料力学性能的提高.     

固含量对浆料浸渍法制备氧化铝陶瓷基复合材料结构与性能的影响EI

氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度、抗氧化等特点,在航空航天热结构材料方向具有广阔的应用前景。使用Nextel^(TM)610纤维布作为增强体,以浆料浸渍-模压成型工艺制备复合材料粗坯,经马弗炉一次高温烧结获得氧化铝陶瓷基复合材料。通过对纤维和基体的晶体结构、力学强度等性能随热处理温度变化的影响确定适合复合材料制备的温度范围。研究不同固含量浆料对复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明:Nextel^(TM)610/Al 2O 3陶瓷基复合材料的弯曲强度随着固含量的增大呈先增大后减小的变化趋势,当浆料固含量为60%(质量分数,下同)时,其弯曲强度最大,达到370.68 MPa。当固含量小于60%时,复合材料弯曲强度较低的原因是纤维束内的基体填充不足;当固含量增大至65%时,复合材料弯曲强度衰减原因是过多基体缺陷的产生和纤维-基体界面间结合增强,阻碍了纤维脱粘、拔出等增韧机制。     

固含量对浆料浸渍法制备氧化铝陶瓷基复合材料结构与性能的影响

氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度、抗氧化等特点，在航空航天热结构材料方向具有广阔的应用前景。使用Nextel^TM 610纤维布作为增强体，以浆料浸渍-模压成型工艺制备复合材料粗坯，经马弗炉一次高温烧结获得氧化铝陶瓷基复合材料。通过对纤维和基体的晶体结构、力学强度等性能随热处理温度变化的影响确定适合复合材料制备的温度范围。研究不同固含量浆料对复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明：Nextel^TM 610/Al₂O₃陶瓷基复合材料的弯曲强度随着固含量的增大呈先增大后减小的变化趋势，当浆料固含量为60%(质量分数，下同)时，其弯曲强度最大，达到370.68 MPa。当固含量小于60%时，复合材料弯曲强度较低的原因是纤维束内的基体填充不足；当固含量增大至65%时，复合材料弯曲强度衰减原因是过多基体缺陷的产生和纤维-基体界面间结合增强，阻碍了纤维脱粘、拔出等增韧机制。     

ZA22/Al2O3短纤维复合材料高温拉伸行为的理论分析

采用日本产A G-10TA 型电子万能试验机对挤压铸造ZA 22/Al₂O₃短纤维复合材料的高温抗拉强度进行了测定, 并用Friend 修正的混合律模型对该试验结果进行了理论分析, 结果表明ZA 22/Al₂O₃短纤维复合材料及其基体的强度均随温度升高而下降, 但ZA 22合金基体的强度下降幅度更大。任一纤维体积分数的复合材料, 均存在一临界转变温度T crit; 超过该温度, 复合材料强度大于基体强度。纤维体积分数越大, 所需临界转变温度越低。在本试验中, V f 为15% 和20% 的复合材料的Tcrit分别为123℃和87℃。任一温度下, 复合材料均存在一临界纤维体积分数, 超过该纤维体积分数, 复合材料强度高于基体强度。温度越高, 临界纤维体积分数越低。对ZA 22/Al₂O₃短纤维复合材料来说, Friend 模型中的经验参数C3 的取值随温度升高而降低。      

碳纤维/铝复层材料的组织和力学性能

在1060系铝基体表面镀镍碳纤维作为增强体,进行真空热压扩散制备出碳纤维/铝复层材料。研究了制备工艺参数(加热温度、保温时间、压力大小)和碳纤维体积分数对碳纤维/铝复层材料的微观组织、界面结合、性能强度和断口形貌的影响。结果表明：碳纤维与铝基体界面结合良好,镀镍层与铝基体在碳纤维附近反应生成的Al₃Ni阻止了铝基体与碳纤维之间生成脆性相Al₄C。随着碳纤维体积分数的提高,材料的抗弯强度先提高后降低。     

High mechanical performance SiC/SiC composites by NITE process with tailoring of appropriate fabrication temperature to fiber volume fraction

Unidirectional SiC/SiC composites are prepared by nano-powder infiltration and transient eutectic-phase (NITE) process, using pyrolytic carbon (PyC)-coated Tyranno-SA SiC fibers as reinforcement and SiC nano-powder with sintering additives for matrix formation. The effects of two kinds of fiber volume fraction incorporating fabrication temperature were characterized on densification, microstructure and mechanical properties. Densification of the composites with low fiber volume fraction (appropriately 30 vol%) was developed even at lower fabrication temperature of 1800 °C, and then saturated at 3rd stage of matrix densification corresponding to classic liquid phase sintering. Hence, densification of the composites with high volume fraction (above 50 vol%) became restricted because the many fibers retarded the infiltration of SiC nano-powder at lower fabrication temperature of 1800 °C. When fabrication temperature increased by 1900 °C, densification of the composites was effectively enhanced in the intra-fiber-bundles and simultaneously the interaction between PyC interface and matrix was strengthened. SEM observation on the fracture surface revealed that fiber pull-out length was accordingly changed with fabrication temperature as well as fiber volume fraction, which dominated tensile fracture behaviors. Through NITE process, SiC/SiC composites with two fracture types were successfully developed by tailoring of appropriate fabrication temperature to fiber volume fraction as follows: (1) high ductility type and (2) high strength type.     

Microstructure and Damping Behavior of Continuous W-Core-SiC Fiber-Reinforced Aluminum Matrix Composites

Applied Composite Materials - The damping behavior of continuous SiC fiber reinforced aluminum matrix (SiCf/Al) composite is still poorly understood. This paper examined the temperature dependence...     

Al2O3f/ZA27复合材料摩擦磨损性能的研究

在ZA27合金中添加不同体积分数的Al2O3短纤维，对其摩擦磨损性能进行了研究。结果表明，Al2O3／ZA27材料的摩擦系数大于ZA27合金，并且纤维体积分数越大，则平均摩擦系数越大。Al2O3f／ZA27材料的耐磨性明显优于ZA27合金，并且与纤维取向有关。     

用K2ZrF6溶液处理碳化硅涂层碳纤维制造碳/铝复合丝

在碳纤维表面用CVD法涂覆碳化硅涂层,接着用K₂ZrF₆溶液处理,干燥后通过700℃的熔融铝制得碳/铝复合丝。复合丝的强度约为复合准则强度的70%。当碳纤维的体积分数为54%时,复合丝的强度达到1200MPa。用扫描电镜观察复合丝的断口发现界面结合状态良好。用X射线衍射分析了碳化硅-K₂ZrF₆一铝在高温下的反应情况,表明K₂ZrF₆的良好的改善润湿的作用是由于它与铝和碳化硅之间发生了强烈的化学反应。     

C/C复合材料等温CVI工艺Mamdani模糊系统建模

利用隶属函数表征了碳/碳(C/C)复合材料CVI工艺各主要影响因素,基于Matlab模糊逻辑工具箱,建立了C/C复合材料等温CVI工艺Mamdani模糊系统模型,分析了沉积温度、沉积时间、预制体纤维体积分数和前驱碳氢气体与稀释气体的比率对制件密度的影响。预制体纤维体积分数是直接影响材料的密度和其它性能的因素;CVI工艺受热解化学反应和前驱气体扩散两个主要过程的控制,沉积温度或前驱碳氢气体比率升高,能够加快热解化学反应速度,使沉积速率在沉积前期(t<300h)具有较高的值,但导致材料的密度梯度增大,使后期沉积极为困难。     

Effects of the SiC/Al interface reaction on fracture behavior of a composite conductor using SiC fiber reinforced aluminum for next generation power equipment

Electrical power demands are increasing every year, meaning that lightweight electric cable is needed which has high transmission capacity, high thermal resistance and low sag. Tokyo Electric Power Co., Chubu Electric Power Co. and Hitachi Cable Ltd. have been breaking new ground in the field of electric cable through the development of a SiC fiber reinforced aluminum conductor. In this work, the SiC/Al interface reaction during the manufacturing process and the electricity transmission temperature were studied by transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and field emission-Auger electron spectroscopy (FE-AES) for long-term reliability assessment. No reaction products were detected at the SiC/Al interface of elemental wire consisting of 7 SiC/Al preformed wires, indicating that the wire manufacturing process was reliable. An Al₄C₃ product was detected locally at the SiC/Al interface of the wire which had been thermally treated in molten Al under unfavorable conditions. The activation energy, Q, of Al₄C₃ growth at the SiC/Al interface was about 190 kJ/mol. In the temperature range of electricity transmission, Al atoms diffused into SiC fiber during heat treatment, and the amount of the diffused Al increased with increasing treatment temperature and holding time. The activation energy of Al diffusion through the SiC/Al interface to SiC fiber was about 78 kJ/mol. Strength deterioration was not induced by Al diffusion into SiC fiber, but strength strongly depended on the formation of Al₂SiO₅ compound at the SiC/Al interface above 400°C transmission temperatures. Kinetics calculations indicated that the rate of strength deterioration of the composite cable, held at 300°C for 36 years, was about 5%, so that practical use of SiC/Al composite cable should not be far in the future.     

温度对CF/ABS 复合材料导电性的影响

研究了温度对ＣＦ／ＡＢＳ树脂复合材料导电性的影响。所制复合材料的电阻率随温度的升高按指数规律上升,而且,随着复合材料中炭纤维含量的增加,电阻率随温度的变化率逐渐降低。