复合纤维配比对精铸硅溶胶型壳性能的影响

为了分析复合纤维配比对熔模精铸中硅溶胶型壳的强度和透气性的影响，采用尼龙和陶瓷复合纤维制备硅溶胶型壳试样，在其中加入的尼龙纤维和陶瓷纤维的体积配比为100∶0、82.7∶17.3、61.5∶38.5、34.7∶65.3和0∶100，对获得的复合纤维增强型壳试样的生胚抗弯强度、焙烧后抗弯强度和透气性的变化规律进行研究。结果表明，当尼龙纤维在复合纤维中体积分数从0%~100%变化时，型壳生胚抗弯强度逐渐增大，焙烧后抗弯强度总体变化不明显，透气率先增大后减小。当尼龙纤维的体积分数为82.7%时，透气率达到最大值5.21。根据试样断口形貌及纤维增强行为分析，型壳生胚抗弯强度主要受纤维体积含量的影响；型壳焙烧后抗弯强度和透气性受陶瓷纤维体积含量、涂挂厚度和尼龙纤维烧失后留下孔洞数量的综合影响。     

尼龙66纤维混杂刚玉砂对复合纤维型壳性能的影响

为了解决硅溶胶型壳在搬运、脱蜡过程中易开裂的难题,在撒砂材料中混杂尼龙66(PA66)纤维作为常温增强材料和成孔剂,制备不同PA66纤维质量分数的型壳。探究PA66纤维质量分数对型壳抗弯强度、透气性和气孔率的影响规律,并分析PA66纤维对型壳性能的影响机制。研究表明, PA66纤维大幅度提高了型壳的常温抗弯强度和透气性。随着PA66纤维质量分数的增加,型壳的常温抗弯强度和透气性均增大,焙烧后抗弯强度先增大后减小。当PA66纤维质量分数为0.75wt%时,综合性能达到最佳,焙烧后抗弯强度达7.94 MPa,与未混杂纤维的试样相差不大,但其常温抗弯强度达到4.80 MPa,比未混杂纤维的试样提高了32.21%,透气性和气孔率也增加至4.2和22.77%,比未混杂纤维的试样分别提高了90.91%和13.35%。     

短切硅酸铝纤维增强硅溶胶型壳的抗弯强度及高温自重变形

为了提高熔模铸造硅溶胶型壳的性能,向涂料中添加硅酸铝纤维制备纤维增强熔模铸造型壳试样。对不同纤维加入量条件下所获得的纤维增强型壳试样的常温及焙烧后抗弯强度、高温自重变形量的变化规律进行研究,并利用SEM观察型壳试样断口形貌。结果表明:随硅酸铝纤维加入量从0.2%~1.0%(质量分数,下同)变化,其常温抗弯强度显著增大,高温自重变形量减小;纤维加入量为1.0%时,试样的常温抗弯强度较未增强的试样提高了47%,而高温自重变形减少约50%。采用0.2%~1.0%的硅酸铝纤维增强后,复合型壳焙烧后强度至少提高39%。断口SEM形貌观察分析结果表明,纤维增强硅溶胶型壳试样受力破坏失效主要由于硅溶胶凝胶膜的断裂、硅酸铝纤维拔出、断裂及脱粘等综合作用所致。     

撒砂层尼龙-氧化铝混杂纤维质量比对硅溶胶型壳性能的影响

为优化高温合金精密铸造陶瓷型壳性能，采用“溶剂法”在刚玉砂中均匀掺入0.75wt%混杂纤维，制备不同质量比的短切尼龙纤维(Nsf)和氧化铝纤维(Asf)改性硅溶胶型壳。基于SEM观察型壳断口组织形貌，分析纤维分布及裂纹生长特征，揭示纤维和基体烧结演变及强化机制。结果表明，撒砂层引入纤维进一步提升了纤维在型壳内体积占比，型壳性能显著改善。柔性Nsf缠绕于刚玉砂粒表面，通过纤维拔出摩擦耗散载荷能量，同时Nsf烧失后形成原位孔隙增加透气性，故Nsf∶Asf为4∶1时型壳最佳湿强度、透气性、开气孔率分别为5.08 MPa、4.4、20.82%。此外，煅烧型壳基体易因脱水干燥萌生微裂纹，但裂纹扩展至Asf表面时发生分叉、偏转、增殖，证实立体互锁Asf网络结构减少连续裂纹产生，并抑制陶瓷颗粒剥离的沿晶断裂倾向。因此，Asf有效补偿Nsf烧失引起的强度损失，Nsf∶Asf为2∶3的样品烧结强度高达10.51 MPa，高温自重变形率仅0.82%。     

碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的力学性能

制备了纤维长度为1 mm和2 mm的碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料,其纤维质量比分别为0.2%、0.5%、1%和3%。对材料进行三点弯曲实验和压缩实验,研究了纤维长度和纤维质量比对其弯曲强度和弯曲弹性模量、压缩强度和压缩弹性模量等力学性能的影响。结果表明,添加两种长度的碳纤维都能明显提高复合材料的弯曲和压缩力学性能。随着碳纤维质量比的增大复合材料的弯曲强度和压缩强度呈先增大后减小的趋势,当碳纤维的质量比为0.5%时达到最大值,随后则随纤维含量的增大而逐渐降低。当碳纤维的长度为1 mm质量比为0.5%时,复合材料试件的弯曲强度和压缩强度比未添加纤维时分别提高198%和110%。碳纤维的长度为1 mm时纤维含量的变化对复合材料的弯曲强度、压缩强度和压缩弹性模量有较大的影响,但是当纤维长度为2 mm时纤维含量的变化对弯曲强度和压缩强度的影响不大。     

陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响

向石膏粉料中添加不同含量陶瓷-尼龙复合纤维制备石膏铸型试样，测试分析陶瓷-尼龙复合纤维交织强化石膏试样的性能并观察其断口，研究陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能和微观形貌的影响。结果表明，陶瓷-尼龙复合纤维含量对石膏铸型性能影响显著，随着陶瓷-尼龙复合纤维含量增加，石膏试样生胚抗弯强度呈倒V字形变化趋势，焙烧后的抗弯强度变化不大；石膏试样透气率随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而增大，当石膏混合料中陶瓷-尼龙复合纤维质量分数为1.25wt%时达到最大值32.3，与传统石膏铸型相比，增大近21倍，尼龙纤维焙烧后形成的孔洞提高了石膏铸型透气率，陶瓷纤维保留在基体中提高强度，当陶瓷-尼龙复合纤维质量分数大于0.75wt%时，纤维会团聚并割裂基体；导热性和抗热震性随陶瓷-尼龙复合纤维含量的增加而先增大后减小，当陶瓷-尼龙复合纤维含量为0.75wt%~1wt%时，导热性和抗热震性相对最佳。      

溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料力学性能的影响

以异丙醇(I)为溶剂、 六次甲基四胺(H)为催化剂, 配制间苯二酚(R)-糠醛(F)的醇溶胶, 经浸渍纤维预制件、凝胶老化、超临界干燥和炭化制得碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料。研究了溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料密度、微观结构和力学性能的影响规律。结果表明:随着异丙醇与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度逐渐降低, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径增大, 大孔数量增多, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度降低。当异丙醇与间苯二酚物质的量之比由18增加到28时, 压缩强度由2.498 MPa(应变10%)降至0.716 MPa(应变10%), 拉伸强度由2.019 MPa降至1.001 MPa, 弯曲强度由3.984 MPa降至1.818 MPa。随着六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度先增大后减小, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径先减小后增大, 大孔数量先减少后增加, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度先增大后减小。当六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比为0.008 5时, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度最大, 强度最大, 其压缩强度为1.066 MPa(应变10%), 拉伸强度为1.256 MPa, 弯曲强度为3.556 MPa。      

SiO_2溶胶配比对气凝胶隔热复合材料力学性能的影响

以无机陶瓷纤维为增强体,与SiO2溶胶混合,经超临界干燥制备了SiO2气凝胶隔热复合材料,研究了SiO2溶胶配比对气凝胶及其复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明,随着SiO2溶胶中乙醇含量的增大,SiO2气凝胶的密度逐渐降低,平均孔径增大,气凝胶中含有的大孔、连孔数量增加,网络骨架结构强度降低。纤维与SiO2气凝胶复合后,气凝胶充满了纤维间的孔隙,形成较好的界面结合。当乙醇/正硅酸乙酯(EtOH/TEOS)摩尔比由2∶1增加到20∶1时,SiO2气凝胶基体传递载荷能力逐渐减弱,材料的力学性能逐渐降低,其拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别由1.9 MPa、2.7 MPa、1.73 MPa(10%应变)降低到0.17 MPa、0.12 MPa、0.04 MPa(10%应变)。     

纳米填料改性环氧树脂建筑保温材料的制备及性能研究

环氧树脂基混凝土作为一种绿色环保的建筑材料,在道路修补和保温建筑中应用广泛。以环氧树脂E44为原料,二甲苯为稀释剂,纳米玻璃纤维为填料,制备了复合环氧树脂基混凝土,研究了不同纳米玻璃纤维长度对混凝土微观形貌、力学性能和保温性能的影响。结果表明,纳米玻璃纤维的掺杂发挥了“晶种”作用,促进了水化反应的进行,提高了环氧树脂基混凝土的密实度。纳米玻璃纤维长度的适当增加提高了混凝土与纤维的结合强度,当纳米玻璃纤维长度为8 mm时,混凝土的形貌最佳。随着纳米玻璃纤维长度的增加,混凝土的抗压强度和抗折强度先增大后降低。养护28 d,当纳米玻璃纤维长度为8 mm时,混凝土的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为21.93和4.59 MPa。纳米玻璃纤维的掺杂改善了混凝土的孔结构,降低了导热系数,提高了保温性能,当纳米玻璃纤维长度为8 mm时,混凝土导热系数最低为0.147 W/(m·K),保温性能最佳。     

先驱体浸渍-裂解法制备SiBN纤维增强SiBN陶瓷基复合材料

连续纤维增强氮化物陶瓷基复合材料是耐高温透波材料的主要发展方向,纤维是目前制约耐高温透波复合材料发展的关键,而SiBN陶瓷纤维是一种兼具耐高温、透波、承载的新型陶瓷纤维。以聚硅氮烷为陶瓷先驱体,以SiBN连续陶瓷纤维为增强体,采用先驱体浸渍-裂解法制备了SiBN陶瓷纤维增强SiBN陶瓷基复合材料,研究了复合材料的热膨胀特性、力学性能、断裂模式以及微观结构。结果表明:SiBN陶瓷纤维增强SiBN陶瓷基复合材料呈现明显的脆性断裂特征,复合材料的弯曲强度和拉伸强度分别为88.52 MPa和6.6 MPa,纤维的力学性能仍有待于提高。     

MgO与Li2O摩尔比及烧结温度对结合剂及cBN磨具性能的影响

以ZnO-Na₂O-SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃陶瓷体系为基础, 制备了添加不同摩尔比Li₂O和MgO的陶瓷结合剂及立方氮化硼(cBN)磨具。利用X衍射测试仪、线性热膨胀测试仪、扫描电镜等研究了MgO∶Li₂O摩尔比( M 值)和烧结温度对陶瓷结合剂及磨具性能的影响。结果表明: 随着 M 值增加, 结合剂的软化点温度增加, 耐火度及化学稳定性均增强, 线性热膨胀系数先增加后降低。当 M 值为0.67时, 随着烧结温度的升高, 石英晶相的析出被抑制, 诱导析出Mg(Zn)Al₂O₄晶相, 且含量逐渐增加, 尺寸先减小后增加; 当温度为870 ℃时, Mg(Zn)-Al₂O₄晶粒尺寸最小, 约为2 μm, 结合剂结构最为致密, 抗折强度达到最大值136.28 MPa。随着烧结温度的提高, cBN磨具气孔率和吸水率先降低后增加, 体积密度、硬度、抗折强度、磨耗比以及磨削效率先增加后降低; 当烧结温度为890 ℃, 磨耗比及磨削效率最高, 分别为98.72%和1.3675 g·min^-1。     

电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响

碳纤维/树脂复合材料广泛应用于民用航空器结构中,在服役期间会受到复杂环境（湿热、腐蚀、复杂应力和电热作用等）的作用,低强度电流对碳纤维/树脂复合材料的影响受到的关注较少。以碳纤维/树脂复合材料为研究对象,根据碳纤维的温敏效应和通电时的电阻变化规律,计算出碳纤维单丝/环氧树脂复合试样的界面温度范围,之后采用拉曼光谱测试和单丝断裂实验研究了低强度电流对单丝复合体系界面应力和界面剪切强度的影响。结果表明:随着电流强度的提高,单丝复合体系的界面温度随之升高,电流为8 mA时,界面温度高达约200℃。随着电流强度的增大,单丝复合体系的界面压缩应力表现为先增大后减小的趋势,电流高于7 mA后,界面处树脂出现烧蚀降解破坏;单丝断裂实验结果表明随着电流强度增大,单丝复合体系的界面剪切强度呈现先升后降的趋势,在6 mA时界面剪切强度达到最大值62.39 MPa,而8 mA时界面剪切强度仅为34.95 MPa。      

GFRP筋与自密实混凝土黏结性能的试验研究

为了研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与自密实混凝土(SCC)的黏结性能,制作了66个GFRP/SCC试件进行中心拉拔试验,研究SCC混凝土保护层厚度、GFRP筋直径和黏结长度以及SCC中添加纤维种类等因素对两者黏结性能的影响,并对试件的破坏形式进行分析。结果表明:试件主要出现了三种破坏形式,即劈裂破坏、拔出破坏、拔出带缝破坏;通过电镜扫描发现SCC浇筑方向对GFRP筋与SCC黏结界面的结构有一定影响,GFRP筋上部界面与SCC黏结更紧密。当SCC保护层厚度由4D增大至7D时,黏结强度提高了约44.05%;当GFRP筋黏结长度由5D增大至15D时,黏结强度降低了约65.43%;当GFRP筋直径由12 mm增大至16 mm时,黏结强度降低了约22.57%;SCC中添加聚丙烯纤维、钢纤维、聚丙烯纤维+钢纤维的试件黏结强度比不添加纤维的试件黏结强度分别提高12.80%、15.16%、15.09%。可以通过适当增加SCC保护层厚度、在SCC中添加纤维等措施来提高GFRP/SCC试件的黏结强度。      

预加方石英含量对SiO2基陶瓷型芯高温蠕变性能的影响

将方石英作为第二相、锆英砂作为矿化剂加入到SiO₂基陶瓷型芯基体材料中,采用热压注法制备陶瓷型芯。研究预加方石英含量对SiO₂基陶瓷型芯性能的影响,分析在1550℃下预加方石英含量对SiO₂基陶瓷型芯高温蠕变性能的影响机制。结果表明,随着预加方石英含量的增加,SiO₂基陶瓷型芯抗弯强度和高温挠度逐渐减小,型芯的气孔率逐渐增加。当预加方石英含量为10wt%时,石英玻璃析晶速率最快,方石英开始相连构成耐高温的方石英骨架,陶瓷型芯抵抗高温变形的能力显著提高,陶瓷型芯的综合性能最佳,其抗弯强度、高温挠度和气孔率分别为5.13 MPa、1.18 mm和40.55%。      

稀释剂量对反应烧结Si_3N_4陶瓷结构和性能的影响

以工业Si粉为原料,α-Si3N4粉为稀释剂,聚乙烯醇为粘结剂,采用反应烧结工艺制备了Si3N4陶瓷。研究了稀释剂量对反应烧结Si3N4陶瓷的体积密度、开气孔率、相组成、微结构、弯曲强度和抗热震性的影响。结果表明,随稀释剂量的增加,Si3N4陶瓷的体积密度从2.27g/cm3降至2.04g/cm3,开气孔率从23%升至33.8%。Si3N4陶瓷由α-Si3N4、β-Si3N4和少量单质Si组成。Si3N4主要以针状晶形式存在,残留Si呈不规则块体。随着稀释剂量的增加,4组Si3N4陶瓷的三点抗弯强度分别为119MPa、112MPa、146MPa和113MPa;经50次800℃至室温空冷热震后,其强度保持率分别为81.5%、90.2%、87%和88.5%,表现出较好的抗热震性。     

Al2O3纤维对SiO2基陶瓷型芯的烧缩阻滞

向SiO₂基体粉料中添加Al₂O₃纤维,采用热压注法制备Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯。分析Al₂O₃纤维含量对陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明：Al₂O₃纤维含量对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率、体积密度和抗弯强度均有较大的影响。当Al₂O₃纤维含量大于1wt%时,Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率大幅度降低,稳定在0.335%左右,体积密度随之降低,稳定在1.790 g · cm^-3左右;当Al₂O₃纤维含量为1wt%时,陶瓷型芯抗弯强度达最大值20.48 MPa。分析了Al₂O₃纤维对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯烧结收缩的阻滞作用机制。     

多孔铝基陶瓷型芯的制备及其性能

为了解决铝基陶瓷型芯难于烧结和不易脱芯的难题, 在样品中加入了一定量的SiO₂. 利用干压法制备了多孔氧化铝基陶瓷型芯样品, 研究了不同SiO₂的添加量、烧结温度和保温时间对样品性能的影响. 研究结果表明: 经1500℃烧结保温2 h和1600℃烧结降温2 h的样品, 其线收缩率变化不大. 经1700℃烧结保温2 h的样品, 由于SiO₂的挥发导致样品的气孔率升高, 抗弯强度明显降低. 经1500℃烧结保温2 h的样品综合性能最好, 当SiO₂添加量为10wt%时, 样品的线收缩率为1.1%, 抗弯强度为63 MPa, 气孔率为35.5%, 体积密度为2.29 g/cm³; 当保温时间≥4 h时, 其线收缩率、抗弯强度、气孔率和体积密度变化不大, 有望成为高温型芯的候选材料.