β-TCP/PLLA复合材料的制备与降解性能

采用溶液共混法制备不同β-磷酸三钙(β-tricalcium phasphate,β-TCP)质量分数的复合材料,并将纯聚左旋乳酸(PLLA)和复合材料置于模拟体液中降解3个月,用万能材料试验机测试纯PLLA和复合材料的弯曲强度、拉伸强度和弯曲模量,用扫描电子显微镜(SEM)观察其断面形貌.结果表明:少量β-TCP的加入可以使复合材料弯曲强度和拉伸强度增大,随着β-TCP的进一步加入,复合材料的弯曲强度和拉伸强度均减小,而复合材料的弯曲模量随着β-TCP的加入逐渐增大;降解后不同β-TCP含量的复合材料的弯曲强度均有所降低,但降幅不同,所有复合材料在前6周弯曲强度衰减较快,第6~12周强度衰减趋缓;纯PLLA体外降解时,弯曲强度衰减明显快于β-TCP/PLLA复合材料;第12周时复合材料的弯曲强度仍有17.8~32.4 MPa,高于松质骨的(11.5±2.1)MPa,满足松质骨骨折内固定器的要求.     

镀W碳纳米管增强Mg基复合材料的力学和电学性能

以羰基钨为前驱体,采用金属有机化学气相沉积在碳纳米管表面镀覆了金属W。利用磁力搅拌混粉和放电等离子体烧结制备了镀W碳纳米管(W-CNTs)/Mg复合材料,并研究了W-CNTs含量对材料力学性能和电导率的影响。结果表明:W-CNTs含量为0.75%(质量分数,下同)时,复合材料抗拉强度和维氏硬度最大,较纯Mg增加了40.1%和35.1%;基体中添加W-CNTs虽然使复合材料电导率下降,但0.75%W-CNTs/Mg复合材料电导率仍可达到纯Mg的94.8%;W-CNTs/Mg复合材料的力学性能和电导率均高于CNTs/Mg复合材料。     

HNO_3/H_2SO_4处理对碳纤维表面性质以及碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

采用浓HNO3/浓H2SO4混合酸在60℃超声环境下对T300碳纤维进行表面氧化处理,并以其为增强体制备碳纤维/环氧树脂复合材料。利用X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、扫描电镜、原子力显微镜对表面氧化前后的碳纤维形态与表面化学性质进行表征,研究氧化时间对纤维的表面形貌与表面性质以及碳纤维/环氧树脂基复合材料力学性能的影响。结果表明,氧化初期,碳纤维表面生成S—、N—含氧基团,以及—OH和—C=O;后期形成—COOH,氧化时间为15 min时,—COOH的浓度达到最大值。碳纤维/环氧树脂复合材料的强度随混合酸氧化时间延长而不断增强,氧化15 min时强度达到峰值,相比于未氧化处理的样品,复合材料层剪切强度从16.3 MPa提高到38.8 MPa,抗弯强度从148.3 MPa提高到379.7 MPa。     

三维互通CNTs/Cu复合材料的制备及力学性能研究

对CuCr合金粉末固溶时效处理之后进行预烧结,得到CuCr预压块。以此预压块为基底,采用化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)工艺和放电等离子烧结(sparking plasma sintering, SPS)工艺成功制备了三维互通的碳纳米管/铜(carbon nanotubes/Cu, CNTs/Cu)复合材料。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM),拉曼光谱仪等表征碳纳米管的微观组织结构,利用微拉伸试验机测试复合材料的力学性能。研究结果表明,Cr作为催化剂,对碳纳米管的形貌影响很大,碳纳米管的质量也会对复合材料的力学性能产生影响。当Cr的质量分数为0.6%时,碳纳米管在铜基体表面均匀分布,CNTs/Cu复合材料的力学性能最佳。经SPS烧结和轧制之后,复合材料的导电率和屈服强度分别达到了82.4%IACS和349 MPa,断裂伸长率高达6.4%,这是由于CNTs的加入,起到了第二相强化的作用,提高了复合材料的力学性能。     

微波烧结温度对CNTs/Cu复合材料结构和性能的影响

结合液相混合方法、微波烧结技术和冷轧技术制备碳纳米管增强铜基（carbon nanotubes reinforced copper-matrix,CNTs/Cu）复合材料,研究不同烧结温度对于CNTs/Cu复合材料微观形貌、力学性能及物理性能的影响。结果表明,采用液相混合法制备出粒径为200~500 nm、碳纳米管质量分数为0.5%的CNTs/Cu复合粉体,碳纳米管均匀分散在铜颗粒中,并与之形成良好结合界面。CNTs/Cu复合材料的相对密度、硬度、电导率随着烧结温度的升高先增大后减小,在烧结温度为1000℃时达到最佳。制备的碳纳米管质量分数为0.5%的CNTs/Cu复合材料组织均匀、孔隙数量及尺寸较少,相对密度为95.79%,硬度为HV 80.9,电导率为81.8% IACS。经冷轧处理后,CNTs/Cu复合材料拉伸强度达到218 MPa,延伸率保持37.75%。由此可见,微波烧结技术是一种制备高性能CNTs/Cu复合材料的理想方法。     

钛酸钾晶须/聚丙烯导热抗静电复合材料的制备与性能

采用热压成型工艺制备了导电钛酸钾晶须（PTWs）/聚丙烯（PP）复合材料,研究了晶须用量对复合材料导热性能、抗静电性能和力学性能的影响。结果表明,随着PTWs用量的增加,PTWs/PP复合材料的热导率提高、体积电阻率和摩擦静电荷下降;材料的拉伸强度、弯曲强度均随PTWs用量的增加呈先增大后减小的趋势;而熔体流动速率则呈增大趋势。当PTWs体积分数达到0.38%时,材料的热导率达到最大值0.5105 W.m-1.K-1,电阻率降低到109Ω.cm以下,满足一般抗静电材料的要求。     

再增密对机械加工后的C/C复合材料力学性能与生物相容性的影响

采用化学气相渗透工艺对机械加工后的C/C复合材料进行再增密,对比研究再增密前后材料的力学性能、表面形貌和生物相容性。结果表明:经过再增密,材料的抗弯强度和抗压强度分别提高8%和51%,分别达到269.8 MPa和317.5 MPa,弯曲模量和压缩模量均接近人骨模量;材料表面粗糙度(Ra)由3.30μm下降到2.51μm,表面形貌由粗糙疏松状转变成光滑密实结构;细胞培养结果表明经再增密处理的C/C复合材料具有良好的细胞相容性。     

石墨烯含量对石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料微观组织和力学性能的影响

低温球磨分散结合真空热压烧结工艺制备了石墨烯增强的Al-15Si-4Cu-Mg基复合材料.采用扫描电镜、X射线衍射、能谱分析和透射电镜表征了复合材料微观结构,通过抗拉强度和硬度测试,研究了石墨烯添加量对石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料微观组织和力学性能的影响.结果表明:当石墨烯质量分数分别为0.4%和0.8%,石墨烯沿基体晶界均匀分布,钉扎晶界,石墨烯与Al-15Si-4Cu-Mg基体界面结合良好,初晶β-Si、Mg₂Si和Al₂Cu相弥散分布于基体中.当石墨烯质量分数上升至1%,石墨烯分散困难,过量石墨烯富集于晶粒边界处,诱发脆性鱼骨状Al₄Cu₂Mg₈Si₇相沿晶界析出.当石墨烯质量分数为0.8%时,石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料的拉伸强度和硬度分别达到321 MPa和HV 98,相比纯Al-15Si-4Cu-Mg复合材料分别提高了19.3%和46.2%;当石墨烯质量分数为0.4%时,复合材料的屈服强度高达221 MPa,硬度和塑性亦获得明显改善.      

纳米AlN颗粒弥散增强铜基复合材料的制备及性能研究

本文采用高能球磨结合放电等离子烧结法制备了含不同质量分数AlN的AlN/Cu复合材料。研究了AlN质量分数对AlN/Cu复合材料微观形貌、相对密度、显微维氏硬度、拉伸强度、延伸率及导电性能的影响。结果表明:当AlN质量分数1.0%时,随着AlN质量分数的提高,复合材料的硬度、抗拉强度提高,断后伸长率、电导率降低。但当AlN质量分数为1.0%时,AlN/Cu复合材料相对密度为97.8%,显微硬度和抗拉强度分别达到了HV 119.5和259.7 MPa,电导率为49.30 mS·m~(-1),综合性能达到最优。     

热管理领域用碳纳米管/铝复合材料的组织与热学性能研究

采用金属有机化学气相沉积工艺在碳纳米管(CNTs)表面包覆了W金属层。采用磁力搅拌和放电等离子体烧结工艺制备了镀钨碳纳米管(W-CNTs)与CNTs增强的铝基复合材料。组织观察结果表明钨金属层有效的加强了CNTs与Al基体的界面结合。随着W-CNTs含量增加,W-CNTs/Al复合材料的热导率先增加后降低,且当W-CNTs含量体积分数为1.5%时,复合材料获得最大热导率;W-CNTs/Al复合材料的热导率高于CNTs/Al复合材料。热膨胀系数结果表明随CNTs含量增加,复合材料热膨胀系数降低,且W-CNTs/Al热膨胀系数低于CNTs/Al复合材料。