Cf/Mg 复合材料异形件成形装置设计与实验研究

为实现Cf/Mg复合材料异形件的近净成形,在分析金属基复合材料液态浸渗制备技术的基础上,提出了真空压力浸渗-液固挤压制备Cf/Mg复合材料新工艺,并设计了相应的成形装置.利用设计的装置开展2D碳毡增强镁基复合材料异形件的制备研究.在熔炼温度为760~820℃,预制体预热温度为570~610℃,浸渗气压0.5 MPa和挤压载荷10~30 MPa等工艺参数下,成功制备出Cf/Mg复合材料异形制件.对复合材料制件进行宏观尺寸测量及扫描电镜(SEM)观察发现,制件外形完整,与设计一致;制件内部组织致密、纤维分布均匀;预制体在制备过程中没有发生明显的变形和破坏.     

高质量分数Al_2O_3/Al复合材料的硬度和耐磨性能

现有的Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料中的Al_2O_3质量分数低于10%,对于加入10%以上Al_2O_3的增强铝基复合材料的研究报道较少。以粉末冶金法制备了Al_2O_3(~40%)增强铝基复合材料,采用现代表面分析技术和ML-10型摩擦磨损试验机研究了这一复合材料的显微硬度和耐磨性。结果表明:在Al_2O_3粒度为10μm,质量分数为40%时,复合材料的显微硬度达到55.3 HV;在Al_2O_3粒度为10μm,质量分数为30%时,相对磨损最小值,为0.728%,空隙率也达到最小;复合材料中的Al_2O_3粒度和质量分数与紧密堆积理论要求的粒度和质量分数配比一致。     

Al_2O_3修饰3D-SiC/Al复合材料的制备与性能

用Al_2O_3作为界面修饰剂,通过反应烧结,在SiC颗粒之间形成莫来石界面,制备SiC预制件,采用无压熔渗法制备3D-SiC/Al互穿式连续结构复合材料。基于正交实验研究了Al_2O_3添加量、预制件烧结时间、熔渗温度和熔渗时间对3D-SiC/Al复合材料抗弯强度和热导率的影响。实验结果表明,Al_2O_3添加量对复合材料抗弯强度和热导率影响显著,复合材料获得最大抗弯强度344 MPa和热导率165 W/(m·K)的制备工艺为:氧化铝添加量2.0%(原子分数),预制件烧结时间2h,熔渗温度950℃,熔渗时间1h。     

网状结构Si3N4陶瓷增强金属基复合材料的研究

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、Mg基复合材料.分析了在浸渗过程中浸渗温度、润湿角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系.在压力下金属液克服浸渗阻力,使浸渗得以完成.网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发浸渗的进行.合金中适量镁元素的存在使界面上发生轻微化学放热反应,对浸渗有利.指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基复合材料的特点.探讨了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点.指出Si3N4/Al复合材料,Si3N4/Mg复合材料抗磨擦性能明显优于基体,抗拉强度大大高于基体.     

氧化铝纤维增强铝基复合材料热磨损研究EI

采用挤压铸造法制备了Al_2O_3纤维和Al_2O_3·SiO_2纤维增强铝基复合材料,在室温及200～400℃下进行了磨损性能试验。结果表明,复合材料的热磨损性能受纤维取向、纤维成分、基体成分及对磨材料硬度所影响,纤维的加入明显提高了铝基合金的耐磨性。     

粉末冶金法制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料及其热膨胀性能

通过添加适量的Al_2W_3O_(12)负热膨胀粉体来优化碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料的热膨胀系数。实验采用固相法制备负热膨胀性能的Al_2W_3O_(12)粉体,并按10%,20%,30%的体积比添加至SiC_p/Al复合粉体中,利用粉末冶金工艺制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料。实验结果表明:制备的复合材料组织分布均匀,致密度良好。室温到200℃内,在Al基体质量分数不变的前提下,Al_2W_3O_(12)的加入有效降低了复合材料的热膨胀系数。     

网状结构Si3N4陶瓷增强金属基复合材料的研究

利用有机前驱体浸渍法制备了Si3N4网络陶瓷预制体,利用液态金属浸渗法制备出Al基、Mg基复合材料：分析了在浸渗过程中浸渗温度、润湿角、浸渗时间、浸渗高度的相互关系。在压力下金属液克服浸渗阻力．使浸渗得以完成。网络陶瓷骨架孔筋表面覆盖一层氧化膜有利于自发娄渗的进行。合金中适量镁元素的存在使平面上发生轻微化学放热反应．对浸渗有利。指出压力浸渗制备铝基复合材料与无压浸渗制备镁基合材料的特点。探计了这种复合材料抗压强度和摩擦磨损性能特点。指出Si3N4／Al复合材料，Si3N4/Mg复合材料抗磨擦性能明显优于基休．抗拉强度大大高于基体。     

挤压铸造法制备Al_2O_3短纤维石墨混杂增强铝基复合材料

一、前言 为了满足航空航天和汽车工业对材料高比强度、高比弹性及耐高温的需求,世界各国十分重视金属基复合材料的研究与开发。但大量的研究工作主要集中在纤维或颗粒单一增强的复合材料方面,而对纤维和颗粒混杂增强的金属基复合材料的研究却很少。 挤压铸造法制备金属基复合材料具有工艺简单可靠,有利于产品工业化生产等优点,国内外进行了很多研究工作。特别是Al_2O_3短纤维(含Al_2O_3 50～80％)增强的铝基复合材料已被应用在发动机活塞的生产上。石墨(Gr)是一种自润滑性很好的材料,它的密度低、使用温度范围宽,Gr/Al复合材料是一种很有发展前途的金属基复合材料。但在采用半固态法制备Gr/Al复合材料中,工艺控制难度较大,难以用于产品的工业化生产。并且Gr和Al基体的界面反应难以预料和控制。本研究采用挤压铸造工艺较好地解决了这个难题,利用了Al_2O_3短纤维和Gr各自结构和性能的特点,获得了组织和性能较为理想的铝基复合材料。 二、实验方法     

VPI法制备温度对Al_2O_3/水泥基材料组织和力学性能的影响

以Al_2O_3颗粒来实现对水泥基材料的增强效果,通过真空压力浸渗法制得具有连续结构的Al_2O_3/Ce基材料,分析预热温度对材料显微组织及力学性能的影响。研究结果表明:随着处理温度的升高,Al_2O_3/Ce基材料达到了更大的致密度。随着预热温度的增加,试样孔洞数量减少,孔隙率减低。当预热温度600℃时,Al_2O_3/Ce基组织内形成了具有均匀粒径的颗粒,获得最优的浸渗效果。Al_2O_3颗粒具有良好耐热性以及耐蚀性能,经拉伸测试发现当预热温度上升后颗粒拉伸强度发生了减小。随着预热温度的增加,试样断口部位颗粒拔出长度减少,颗粒与界面间的结合能力增加。经过600℃预热试样形成了整齐的拉伸断口,裂纹在颗粒径向上发生了快速扩展,对承载面形成了贯穿,发生脆性断裂。     

Al-2O-3sf/AZ91D-Y镁基复合材料二次重熔及等温压缩研究

为了推动半固态加工在镁基复合材料成形中的应用,采用液态浸渗法制备出体积分数为10%的Al2O3sf/AZ91D-Y镁基复合材料,并采用等径道角挤压对镁基复合材料进行了形变诱导。再对镁基复合材料进行了二次重熔,并采用等温压缩实验对镁基复合材料在半固态下的力学性能进行了研究。研究表明:在550℃和560℃时延长保温时间有利于组织的球化,在560℃比550℃时,更加能促进晶粒的结晶球化;在相同的应变速率下,压缩变形时的峰值应力随着加热温度升高而降低;在相同的加热温度下,应变速率越大,峰值应力越大。     

粉末微注射成形ZrO_2微结构表面质量控制

采用粉末微注射成形技术制得了二氧化锆陶瓷微结构件,注射成形最小微结构尺寸为Φ300μm×250μm.分析了微注射成形工艺参数、模具抽真空及硅模具对微结构表面质量的影响.实验结果表明在模具温度和注射压力较低时,相同工艺参数下随着微型腔尺寸的减小微结构顶端的表面平整度逐渐下降,提高模具温度和注射压力以及注射前对模具进行抽真空可以改善微结构表面平整度.另外,注射前的模具抽真空有助于减少微结构的表面气孔.亚微米陶瓷超细粉的使用明显改善了烧结后微结构的表面质量,其表面粗糙度值由烧结前的0.33μm降低为约0.28μm.     

TA2板料激光热应力弯曲成形 及其力学性能研究

用HVS-1000显微硬度测试仪、X-350A型X射线应力测定仪,以2.5 kW SM2000SM快轴流CO2激光器对0.6 mm厚的TA2板料进行扫描,按照正交试验理论安排成形工艺参数,研究了TA2板料弯曲成形时主要工艺参数对弯曲角度的影响,以及试样表面残余应力的分布和试样断面上的显微硬度变化。结果表明：正交试验中的4个工艺参数的作用是不同的,按其变化对弯曲变形量影响的大小排序,依次是扫描次数、光斑直径、激光束功率、扫描速度;成形参数对试样表面的残余应力分布也存在一定的影响;试样变形区断面上的显微硬度变化呈现出一定的规律。     

APMOC/环氧复合材料层板破坏过程声发射特征

本文利用声发射测试技术,对APMOC/环氧复合材料各种铺层的单层板、层合板的损伤机理和破坏过程进行了详细的研究。结果表明,在不同的声发射信号参量特征与不同的损伤机理之间存在对应关系。声发射信号参量的变化过程能够描述层板的动态损伤过程,不同的声发射参量表征层板的不同损伤过程与机理。     

Laser damage study of nodules in electron-beam-evaporated HfO2/SiO2 high reflectors

A reactive electron beam evaporation process was used to fabricate 1.064?μm HfO2/SiO2 high reflectors. The deposition process was optimized to reduce the nodular density. Cross-sectioning of nodular defects by a focused ion-beam milling instrument showed that the nodule seeds were the residual particles on the substrate and the particulates from the silica source "splitting." After optimizing the substrate preparation procedure and the evaporation process, a low nodular density of 2.7/mm2 was achieved. The laser damage test revealed that the ejection fluences and damage growth behaviors of nodules created from deep or shallow seeds were totally different. A mechanism based on directional plasma scald was proposed to interpret observed damage growth phenomenon.     

混凝土拉-压疲劳损伤模型及其验证

基于连续损伤力学理论,提出了混凝土单轴拉-压疲劳损伤模型。模型中采用了拉和压两个边界面。加载面、边界面方程均以损伤能量释放率表示。在能量释放率空间内,由加载面与初始损伤面、边界面之间的位置描述损伤状态。通过建立累积损伤与相应循环损伤能量释放率阈值之间的关系,确定了疲劳加载中极限断裂面尺寸的变化规律,由此模拟混凝土在循环荷载作用下的刚度退化过程。结合作者完成的疲劳试验结果,确定了理论模型中的计算参数。经比较,理论模型预测的应力-应变数值、疲劳寿命和试验结果吻合较好。     

碳纤维蜂窝复合材料加工表面质量影响研究

为研究碳纤维蜂窝复合材料切削过程中切削宽度和切削方向对表面质量的影响,本文开展了高速切削碳纤维蜂窝实验,分析了切削过程中切削力的变化特征,获得了切削宽度和切削方向对切削力的影响规律。同时,观测了碳蜂窝典型表面缺陷形貌,分析了不同切削宽度和切削方向下表面缺陷的分布规律。进一步以蜂窝壁损伤面积占比作为表面质量的评价方法,定量研究了切削宽度和切削方向对于碳蜂窝表面质量的影响。实验结果表明：在碳纤维蜂窝复合材料加工过程中,减小切削宽度和改变切削方向可有效降低加工损伤。切削力随着切削宽度的增大呈现出增大的趋势;毛刺、撕裂、孔壁破损以及孔壁开胶等损伤现象也随着切削宽度的增大而增加。此外,碳纤维蜂窝复合材料的表面质量还与切削方向有关,相较于沿双层孔壁方向切削,当切削宽度分别为5、10及15 mm时,沿垂直于双层孔壁方向切削的损伤分别减小了22.5%、13.4%和8.7%。     

Submerged arc spray synthesis of TiO2 nanoparticles with desired form sphericity using process characterization and optimization

This article presents a study on process characterization and optimization of the metal nanoparticle fabrication process known as the submerged arc spray nanoparticle synthesis system (SANSS) for obtaining desired geometric sphericity of nanoparticles. The geometric shape characteristics of nanoparticles pose significant impact on innovative product and process design. The sphericity and surface roughness of prepared TiO2 nanoparticles can vary widely and are influenced by the process parameters being employed in the SANSS. To improve this, an in-situ nanofluid sampling and measurement approach was developed to analyze the particle shape characteristics and characterize the nanoparticle synthesis process. The particle shape contours obtained from FE-SEM and TEM were employed to quantify the TiO2 nanoparticle sphericity and analyze the effect of process parameters on particle roundness. The optimized process parameters were identified using the Taguchi method. Our results proved that the average sphericity of TiO2 particles prepared using the optimized process parameters was effectively improved up to three folds.     

Experimental and Numerical Investigation on the Size of Damage Process Zone of a Concrete Specimen under Mixed-Mode Loading Conditions

The characteristic length of a gradient-dependent damage model is a key parameter, which is usually regarded as the length of damage process zone (DPZ). Value and evolution of the size of DPZ were investigated by both a numerical method and an experimental manner. In the numerical study, the geometrical model adopted was a set of four-point shearing beams; the numerical tool used was the Abaqus/Explicit software. The distance between the front and end of a complete DPZ was obtained. Values of strain components at these points were given out at given time points. The experimental study of the evolution process of a damage process zone was investigated with a set of concrete specimens under mixed-mode loading conditions by using a white-light speckle method. The geometrical parameters of the damage process zone were measured. Double-notched specimens under four-point shear loading conditions were adopted. A series of displacement fields for points on the surface of the specimen were measured and further transferred into a strain field of these points during loading process. With reference to the strain values that occurred at both the front and end of a numerically-obtained DPZ, the length of the DPZ was determined with the experimental results. These results provide an experimental basis for the determination of the value of an internal length parameter for a gradient-enhanced and/or area-averaged non-local model.     

InP/InGaAsP异质结ICP刻蚀表面损伤(英文)

本文详细研究了采用Cl_2/H_2刻蚀气体时,ICP刻蚀系统对InP/InGaAsP材料表面损伤的影响。通过设计特殊结构的InP/InGaAsP多量子阱结构,测量刻蚀区域及非刻蚀区域的光荧光强度的变化,并结合高斯深度分布模型对刻蚀损伤进行定量研究。详细研究ICP刻蚀系统中的压强、ICP功率、RF功率以及Cl_2/H_2刻蚀气体组分对损伤程度的影响。基于这些结果优化得到一组低损伤参数,最终实现刻蚀损伤深度小于16nm。     

电沉积工艺参数对Ni-TiN-CeO2二元纳米复合镀层中粒子复合量的影响

采用超声-脉冲电沉积法制备了Ni-TiN-CeO2二元纳米复合镀层,研究了工艺参数对镀层中CeO2及TiN粒子复合量的影响,并对镀层的表面形貌及成分进行了测试和分析。结果表明,超声-脉冲电沉积Ni-TiN-CeO2纳米复合镀层的最佳工艺参数为阴极电流密度4A/dm2,TiN粒子添加量15g/L,CeO2粒子添加量40g/L,正向脉冲占空比20%,超声波功率180W。在该工艺条件下,可获得CeO2质量分数为3.3%、TiN质量分数为4.4%的Ni-TiN-CeO2二元纳米复合镀层。同时,TiN与CeO2二元纳米粒子的加入,充分发挥了两种纳米粒子复合的协同效应,优化了粒子与基质金属的共沉积方式,大大改善了镀层质量。