1999年 第16卷 第4期
1999, 16(4): 1-7.
摘要:
钛酸钾晶须(K2O ·nTiO2) 是一种高性能、多用途的合成纤维。本文中综述了其特性、制备及应用。着重介绍了在复合材料中的应用现状、尚需研究之处以及发展前景。钛酸钾晶须的低成本制造、高性能化表面处理和低损伤加工工艺是今后研究的重点。
钛酸钾晶须(K2O ·nTiO2) 是一种高性能、多用途的合成纤维。本文中综述了其特性、制备及应用。着重介绍了在复合材料中的应用现状、尚需研究之处以及发展前景。钛酸钾晶须的低成本制造、高性能化表面处理和低损伤加工工艺是今后研究的重点。
1999, 16(4): 8-12.
摘要:
实验测量了TiC 烧结体的高温塑性变形行为, 讨论了掺入Cr3C2 对TiC 高温塑性变形的影响, 结合TiC/Ni3A l 梯度材料的循环热冲击特性得出: TiC/Ni3A l 梯度材料有效热导率随循环次数增加呈下降趋势与TiC 的塑性变形行为密切相关, TiC 表面的纵向裂纹是由巨大的径向压应力引起的。
实验测量了TiC 烧结体的高温塑性变形行为, 讨论了掺入Cr3C2 对TiC 高温塑性变形的影响, 结合TiC/Ni3A l 梯度材料的循环热冲击特性得出: TiC/Ni3A l 梯度材料有效热导率随循环次数增加呈下降趋势与TiC 的塑性变形行为密切相关, TiC 表面的纵向裂纹是由巨大的径向压应力引起的。
1999, 16(4): 13-16.
摘要:
采用聚碳硅烷(PCS) 为先驱体, 利用原位生长法制备SiC/Si3N4 纳米复相陶瓷, 其室温弯曲强度和断裂韧性达到了637M Pa 和8. 10M Pa·m1/2 。研究了材料微观结构的形成及断裂机理,指出在微观结构的形成过程中, 控制SiC 纳米微晶的生成和B-Si3N4 柱状晶的生长是关键, 而增韧补强的主要原因在于形成了晶内型结构和长径比大(大于7. 5) 的Si3N4 柱状晶, 从而改变了断裂机理。
采用聚碳硅烷(PCS) 为先驱体, 利用原位生长法制备SiC/Si3N4 纳米复相陶瓷, 其室温弯曲强度和断裂韧性达到了637M Pa 和8. 10M Pa·m1/2 。研究了材料微观结构的形成及断裂机理,指出在微观结构的形成过程中, 控制SiC 纳米微晶的生成和B-Si3N4 柱状晶的生长是关键, 而增韧补强的主要原因在于形成了晶内型结构和长径比大(大于7. 5) 的Si3N4 柱状晶, 从而改变了断裂机理。
1999, 16(4): 17-23.
摘要:
采用TEM 技术分析了喷射共沉积态及挤压态Al-4. 7Cu-1. 73M g/SiCP复合材料的微观结构及SiCP 与α-A l 基体等的界面结构, 同时测定了喷射共沉积+ 挤压+ T 6 处理态下该材料的力学性能及耐磨性能。
采用TEM 技术分析了喷射共沉积态及挤压态Al-4. 7Cu-1. 73M g/SiCP复合材料的微观结构及SiCP 与α-A l 基体等的界面结构, 同时测定了喷射共沉积+ 挤压+ T 6 处理态下该材料的力学性能及耐磨性能。
1999, 16(4): 24-29.
摘要:
利用SHS 结合准热等静压(PH IP) 技术制备了TiC-Ni 基金属陶瓷, 理论分析和实验显示, 绝热温度Tad和燃烧温度T c 随Ni 含量的增加而降低, 反应温度影响产物的组织形貌,Ni 含量的增加使合成的TiC 颗粒尺寸变小, 并且逐渐趋向于规则的球形。最后的产物均由TiC 和Ni 两相组成。产物的致密度随Ni 含量的增加逐渐提高, 硬度值随Ni 含量的变化而变化, 两种因素的作用使硬度值在Ni 含量为20% 时达到最大。
利用SHS 结合准热等静压(PH IP) 技术制备了TiC-Ni 基金属陶瓷, 理论分析和实验显示, 绝热温度Tad和燃烧温度T c 随Ni 含量的增加而降低, 反应温度影响产物的组织形貌,Ni 含量的增加使合成的TiC 颗粒尺寸变小, 并且逐渐趋向于规则的球形。最后的产物均由TiC 和Ni 两相组成。产物的致密度随Ni 含量的增加逐渐提高, 硬度值随Ni 含量的变化而变化, 两种因素的作用使硬度值在Ni 含量为20% 时达到最大。
1999, 16(4): 30-34.
摘要:
利用普通重力铸造方法, 制备了原位内生A l/Mg2Si/S i 复合材料。研究了体系中加入过量Si 后的显微组织, 并利用Al-Mg2Si-Si 三元相图进行分析。结果表明, 过量Si 使复合材料中的大长径比的Al+ Mg2Si 二元共晶向小长径比的Al+ Mg2Si+ Si 三元共晶转化, 并使α-Al 以球状晶粒析出, 从而改善了显微组织, 显著提高了复合材料的室温拉伸性能。
利用普通重力铸造方法, 制备了原位内生A l/Mg2Si/S i 复合材料。研究了体系中加入过量Si 后的显微组织, 并利用Al-Mg2Si-Si 三元相图进行分析。结果表明, 过量Si 使复合材料中的大长径比的Al+ Mg2Si 二元共晶向小长径比的Al+ Mg2Si+ Si 三元共晶转化, 并使α-Al 以球状晶粒析出, 从而改善了显微组织, 显著提高了复合材料的室温拉伸性能。
1999, 16(4): 35-39.
摘要:
制备了酞菁镍(N iPc) 2Fe3O4 纳米复合粒子, 研究了其化学稳定性和磁性能。结果表明,N iPc 在Fe3O4 纳米粒子表面形成了复合层, 并且它们之间形成了一定程度的化学键。N iPc 复合层可有效地保护Fe3O4 纳米粒子不被空气氧化, 显著提高了其抗氧化能力, 并降低了其矫顽力。
制备了酞菁镍(N iPc) 2Fe3O4 纳米复合粒子, 研究了其化学稳定性和磁性能。结果表明,N iPc 在Fe3O4 纳米粒子表面形成了复合层, 并且它们之间形成了一定程度的化学键。N iPc 复合层可有效地保护Fe3O4 纳米粒子不被空气氧化, 显著提高了其抗氧化能力, 并降低了其矫顽力。
1999, 16(4): 40-43.
摘要:
介绍了Fe-A l 基金属间化合物粉末的制备工艺过程, 并讨论分析了工艺过程对金属间化合物形成的影响。经过20 小时的高速球磨并在750 ℃下予烧可制备Fe-A l 金属间化合物为主要成分的粉末材料。
介绍了Fe-A l 基金属间化合物粉末的制备工艺过程, 并讨论分析了工艺过程对金属间化合物形成的影响。经过20 小时的高速球磨并在750 ℃下予烧可制备Fe-A l 金属间化合物为主要成分的粉末材料。
1999, 16(4): 44-49.
摘要:
采用硅烷偶联剂对铜粉进行处理, 使导电涂料的电阻率降低一个数量级, 并且经500 小时的耐候性实验, 电阻率保持稳定。研究了偶联剂对铜粉氧化的抑制作用机理。红外光谱(FT IR)表明, 偶联剂可以和铜粉表面以氢键、共价键结合, 形成一层保护膜防止铜粉氧化。
采用硅烷偶联剂对铜粉进行处理, 使导电涂料的电阻率降低一个数量级, 并且经500 小时的耐候性实验, 电阻率保持稳定。研究了偶联剂对铜粉氧化的抑制作用机理。红外光谱(FT IR)表明, 偶联剂可以和铜粉表面以氢键、共价键结合, 形成一层保护膜防止铜粉氧化。
1999, 16(4): 50-53.
摘要:
探索了一种新型复合材料的熔渗烧结制备工艺, 它不仅是新工艺的探索, 更重要的是为这种新型材料的无压烧结和开发利用进行了有益的探索。实验表明, 熔渗烧结法是一种可行的复合材料制备方法。
探索了一种新型复合材料的熔渗烧结制备工艺, 它不仅是新工艺的探索, 更重要的是为这种新型材料的无压烧结和开发利用进行了有益的探索。实验表明, 熔渗烧结法是一种可行的复合材料制备方法。
1999, 16(4): 54-57.
摘要:
应用DSC 和IR 分析技术, 研究了含有口恶硼杂环的硼胺络合物与环氧树脂体系的固化反应机理和固化反应动力学。结果表明, 固化反应主要是硼胺络合物与体系中羟基化合物形成含氢质子的配位络合物, 然后由此引发体系的环氧基进行的阳离子开环聚醚反应, 整个体系的固化反应过程遵循一级动力学方程。
应用DSC 和IR 分析技术, 研究了含有口恶硼杂环的硼胺络合物与环氧树脂体系的固化反应机理和固化反应动力学。结果表明, 固化反应主要是硼胺络合物与体系中羟基化合物形成含氢质子的配位络合物, 然后由此引发体系的环氧基进行的阳离子开环聚醚反应, 整个体系的固化反应过程遵循一级动力学方程。
1999, 16(4): 58-63.
摘要:
利用MHK-500 型环-块磨损试验机, 对MoS2、CuS、PbS 及石墨(添加量均为30 vo l% )填充的聚四氟乙烯(PTFE) 复合材料在干摩擦条件下与GCr15 轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了较为系统的研究, 并利用扫描电子显微镜(SEM ) 和光学显微镜对PTFE 复合材料的磨屑和摩擦磨损表面进行了观察。结果表明, 添加石墨降低了PTFE 的摩擦系数, 而添加MoS2、CuS 及PbS则增大了PTFE 的摩擦系数; 同时, 添加MoS2、CuS、PbS 及石墨均可将PTFE 的磨损量降低2 个数量级, 其中以PbS 的减磨效果为最好, 而MoS2 的减磨效果则最差。
利用MHK-500 型环-块磨损试验机, 对MoS2、CuS、PbS 及石墨(添加量均为30 vo l% )填充的聚四氟乙烯(PTFE) 复合材料在干摩擦条件下与GCr15 轴承钢对摩时的摩擦磨损性能进行了较为系统的研究, 并利用扫描电子显微镜(SEM ) 和光学显微镜对PTFE 复合材料的磨屑和摩擦磨损表面进行了观察。结果表明, 添加石墨降低了PTFE 的摩擦系数, 而添加MoS2、CuS 及PbS则增大了PTFE 的摩擦系数; 同时, 添加MoS2、CuS、PbS 及石墨均可将PTFE 的磨损量降低2 个数量级, 其中以PbS 的减磨效果为最好, 而MoS2 的减磨效果则最差。
1999, 16(4): 64-67.
摘要:
研究了用短切玻璃纤维对硬质聚氨酯泡沫体的增强效果及拉伸、压缩的破坏行为。结果表明当纤维长为12 mm 时, 6 w t% 纤维含量的增强效果为最好, 可以使泡沫体的拉伸强度提高75% , 压缩强度提高25% , 压缩模量增加约30%。纤维增强的泡沫体拉伸产生的裂纹扩展时, 遇到纤维可能终止扩展(应力不大时) , 也可能发生偏转(应力较大时) ; 泡沫破坏时, 可能出现纤维拉出、拉断等不同的破坏形式。增强泡沫体在压缩破坏时, 主要是泡沫结构的支柱弯曲、扭转变形引起泡壁破裂和支柱失稳, 并导致材料的破坏。
研究了用短切玻璃纤维对硬质聚氨酯泡沫体的增强效果及拉伸、压缩的破坏行为。结果表明当纤维长为12 mm 时, 6 w t% 纤维含量的增强效果为最好, 可以使泡沫体的拉伸强度提高75% , 压缩强度提高25% , 压缩模量增加约30%。纤维增强的泡沫体拉伸产生的裂纹扩展时, 遇到纤维可能终止扩展(应力不大时) , 也可能发生偏转(应力较大时) ; 泡沫破坏时, 可能出现纤维拉出、拉断等不同的破坏形式。增强泡沫体在压缩破坏时, 主要是泡沫结构的支柱弯曲、扭转变形引起泡壁破裂和支柱失稳, 并导致材料的破坏。
1999, 16(4): 68-71.
摘要:
利用玻璃纤维/聚丙烯喷气混纤纱(50∶50 w t% ) , 在热压机上制作单向玻璃纤维/聚丙烯复合材料。按照A STM D792 标准, 测试各试样中的空隙率, 并利用三点弯曲试验在DCS500 试验机上测试试样的弯曲性能。试验结果得到空隙率与喷气混纤纱复合材料弯曲性能之间为负指数关系, 且对不同的弯曲指标其关系也不相同。
利用玻璃纤维/聚丙烯喷气混纤纱(50∶50 w t% ) , 在热压机上制作单向玻璃纤维/聚丙烯复合材料。按照A STM D792 标准, 测试各试样中的空隙率, 并利用三点弯曲试验在DCS500 试验机上测试试样的弯曲性能。试验结果得到空隙率与喷气混纤纱复合材料弯曲性能之间为负指数关系, 且对不同的弯曲指标其关系也不相同。
1999, 16(4): 72-78.
摘要:
由热机电耦合微分方程出发, 用富里叶级数展开方法, 探讨了含有热释电材料铺层的复合材料层合板的柱形弯曲问题。由于不作任何简化, 所得结果为精确解且适用于任何厚跨比的层合板分析。用复指数形式, 使公式推导简洁统一且极大方便了程序实施。分析中考虑了各种可能的热学、力学和静电学边界条件, 对各种耦合元素相互关系和各自特点进行了分析, 发现结构对热载荷与电载荷的响应有明显的不同。
由热机电耦合微分方程出发, 用富里叶级数展开方法, 探讨了含有热释电材料铺层的复合材料层合板的柱形弯曲问题。由于不作任何简化, 所得结果为精确解且适用于任何厚跨比的层合板分析。用复指数形式, 使公式推导简洁统一且极大方便了程序实施。分析中考虑了各种可能的热学、力学和静电学边界条件, 对各种耦合元素相互关系和各自特点进行了分析, 发现结构对热载荷与电载荷的响应有明显的不同。
1999, 16(4): 79-84.
摘要:
玻璃-环氧圆柱壳(管) 的撞击试验表明它的破坏是渐进过程。根据一维应力波传播理论,提出了圆柱壳受轴向撞击破坏的简化模型, 分析了这一破坏过程中的能量变化。结果表明本文中所提出的模型能较好地描述圆柱壳受轴向撞击吸能过程。
玻璃-环氧圆柱壳(管) 的撞击试验表明它的破坏是渐进过程。根据一维应力波传播理论,提出了圆柱壳受轴向撞击破坏的简化模型, 分析了这一破坏过程中的能量变化。结果表明本文中所提出的模型能较好地描述圆柱壳受轴向撞击吸能过程。
1999, 16(4): 85-89.
摘要:
对生物结构的观测表明在孔口附近的纤维是连续绕过的, 已有实验证明这种绕孔结构的强度比钻孔结构有显著提高。利用迭代设计方法得到单层板绕孔方案, 在此基础上构成复合材料层合板, 并对含预成型孔层合板在面内复杂载荷作用下的强度进行了分析, 结果证实了该仿生结构具有较高的承载能力。
对生物结构的观测表明在孔口附近的纤维是连续绕过的, 已有实验证明这种绕孔结构的强度比钻孔结构有显著提高。利用迭代设计方法得到单层板绕孔方案, 在此基础上构成复合材料层合板, 并对含预成型孔层合板在面内复杂载荷作用下的强度进行了分析, 结果证实了该仿生结构具有较高的承载能力。
1999, 16(4): 90-93.
摘要:
应用螺栓-垫圈应力理论对FRP 结构搭接点预紧力进行了研究。理论计算的预紧力与垫圈的尺寸, 在结构试验初期与试验数据相吻合, 但随时间的增长, 由于基体的松弛效应, 预紧力有明显的减小, 然后在某一数值上又趋于稳定, 但重新按原预紧力紧固螺栓后, 1. 5 年的试验结果表明, 接点的应力松驰得到非常明显的抑制, 取得了预定的效果。
应用螺栓-垫圈应力理论对FRP 结构搭接点预紧力进行了研究。理论计算的预紧力与垫圈的尺寸, 在结构试验初期与试验数据相吻合, 但随时间的增长, 由于基体的松弛效应, 预紧力有明显的减小, 然后在某一数值上又趋于稳定, 但重新按原预紧力紧固螺栓后, 1. 5 年的试验结果表明, 接点的应力松驰得到非常明显的抑制, 取得了预定的效果。
1999, 16(4): 94-100.
摘要:
使用弹性理论和剪切滞后分析, 推导出了基体和纤维应力场分布表达式, 研究了纤维体积分数、纤维长径比和基体屈服强度等对应力分布和应力传递的影响。研究表明, 基体和纤维应力分布及基体的塑性行为具有明显的不均匀性, 基体与纤维之间存在明显的应力传递和应变分配。关键词 金属基复合材料, 剪切滞后理论, 应力应变分布
使用弹性理论和剪切滞后分析, 推导出了基体和纤维应力场分布表达式, 研究了纤维体积分数、纤维长径比和基体屈服强度等对应力分布和应力传递的影响。研究表明, 基体和纤维应力分布及基体的塑性行为具有明显的不均匀性, 基体与纤维之间存在明显的应力传递和应变分配。关键词 金属基复合材料, 剪切滞后理论, 应力应变分布
1999, 16(4): 101-106.
摘要:
基于文献[ 1 ]提出的变形模型和获得的应力分析结果, 推导出了短纤维增强金属基复合材料弹性模量和屈服强度理论表达式。表达式预测的结果与实验结果吻合很好, 并与Eshelby 模型及有限元数值模型预测结果表现出很好的一致。分析表明, 复合材料的弹性模量和屈服强度相对于基体材料弹性模量和屈服强度的增加主要来自应力传递的贡献。
基于文献[ 1 ]提出的变形模型和获得的应力分析结果, 推导出了短纤维增强金属基复合材料弹性模量和屈服强度理论表达式。表达式预测的结果与实验结果吻合很好, 并与Eshelby 模型及有限元数值模型预测结果表现出很好的一致。分析表明, 复合材料的弹性模量和屈服强度相对于基体材料弹性模量和屈服强度的增加主要来自应力传递的贡献。
1999, 16(4): 107-111.
摘要:
提出了利用厚度剪切压电效应的压电复合材料(PCM TS) 作为夹芯结构芯材的新型驱动方式, 分析了PCM TS 的驱动原理。针对含有1-3 型PCM TS 芯材的夹芯梁结构, 实验研究了PCM TS 在静电场作用下的驱动特性, 并利用PCM TS 芯材对夹芯梁的振动进行了主动控制实验。结果表明, 利用PCM TS 作为驱动元件, 夹芯梁获得了比较理想的变形量, 其振动也能得到较为有效的控制, 因此是一种很有应用前途的驱动方式。
提出了利用厚度剪切压电效应的压电复合材料(PCM TS) 作为夹芯结构芯材的新型驱动方式, 分析了PCM TS 的驱动原理。针对含有1-3 型PCM TS 芯材的夹芯梁结构, 实验研究了PCM TS 在静电场作用下的驱动特性, 并利用PCM TS 芯材对夹芯梁的振动进行了主动控制实验。结果表明, 利用PCM TS 作为驱动元件, 夹芯梁获得了比较理想的变形量, 其振动也能得到较为有效的控制, 因此是一种很有应用前途的驱动方式。
1999, 16(4): 112-120.
摘要:
运用材料破坏过程分析M FPA2D 系统, 对颗粒增强复合材料的变形、损伤及破坏过程进行了数值模拟分析。主要分析了界面性质对破坏模式的影响。模拟结果表明, 增强颗粒与基体的界面对复合材料的宏观性能有很大影响。在理想界面条件下, 破坏模式以界面附近基体的破裂为主, 在非理想界面(且为弱界面) 条件下, 破坏模式以颗粒与基体的脱粘较为明显。
运用材料破坏过程分析M FPA2D 系统, 对颗粒增强复合材料的变形、损伤及破坏过程进行了数值模拟分析。主要分析了界面性质对破坏模式的影响。模拟结果表明, 增强颗粒与基体的界面对复合材料的宏观性能有很大影响。在理想界面条件下, 破坏模式以界面附近基体的破裂为主, 在非理想界面(且为弱界面) 条件下, 破坏模式以颗粒与基体的脱粘较为明显。
1999, 16(4): 121-129.
摘要:
给出了反对称正交铺层剪切圆柱壳广义大挠度Donnell 型方程, 并运用位移型摄动技术构造出该圆柱壳在均匀外压作用下的后屈曲渐近级数解。考虑到边界效应对中短圆柱壳的影响及边值问题摄动解的一致性, 详细研究了该圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解, 以便与中部正则摄动解相匹配。文中同时给出一些典型例子并讨论了横向剪切变形、Batdo rf 数、弹性模量比和初始几何缺陷对圆柱壳屈曲与后屈曲性态的影响。比较显示, 横向剪切变形对圆柱壳的屈曲与后屈曲有重要影响。
给出了反对称正交铺层剪切圆柱壳广义大挠度Donnell 型方程, 并运用位移型摄动技术构造出该圆柱壳在均匀外压作用下的后屈曲渐近级数解。考虑到边界效应对中短圆柱壳的影响及边值问题摄动解的一致性, 详细研究了该圆柱壳端部边界层方程和奇异摄动解, 以便与中部正则摄动解相匹配。文中同时给出一些典型例子并讨论了横向剪切变形、Batdo rf 数、弹性模量比和初始几何缺陷对圆柱壳屈曲与后屈曲性态的影响。比较显示, 横向剪切变形对圆柱壳的屈曲与后屈曲有重要影响。
1999, 16(4): 130-135.
摘要:
探讨了颗粒增强复合材料在三向拉伸荷载作用下界面逐渐开裂的过程及材料弹塑性本构关系的改变。应用W eibull 统计学理论描述界面由局部到全部的开裂过程。对于进入弹塑性阶段的材料本构关系采用割线模量理论。数值分析结果表明, 界面开裂过程取决于荷载模式、界面强度以及颗粒形状等几方面因素。
探讨了颗粒增强复合材料在三向拉伸荷载作用下界面逐渐开裂的过程及材料弹塑性本构关系的改变。应用W eibull 统计学理论描述界面由局部到全部的开裂过程。对于进入弹塑性阶段的材料本构关系采用割线模量理论。数值分析结果表明, 界面开裂过程取决于荷载模式、界面强度以及颗粒形状等几方面因素。
1999, 16(4): 136-141.
摘要:
讨论了三维四向编织碳/环氧复合材料力学性能研究的实验方法。通过实验得到了弹性常数及反映材料非线性行为的力学性能指标随编织角的变化规律, 并分析讨论了编织参数对该类材料破坏模式的影响作用。
讨论了三维四向编织碳/环氧复合材料力学性能研究的实验方法。通过实验得到了弹性常数及反映材料非线性行为的力学性能指标随编织角的变化规律, 并分析讨论了编织参数对该类材料破坏模式的影响作用。
1999, 16(4): 142-146.
摘要:
提出了一种评估复合材料安全寿命的低成本方法, 该方法可以综合利用以往积累的经验数据和当前的试验数据预测复合材料的安全寿命。由于它既充分利用了当前的试验数据又利用了以往的经验数据, 所以其可利用的信息量要远远大于只能利用当前试验数据的现行方法, 从而用本文方法预测复合材料安全寿命比现行方法既节省了大量试件又提高了精度, 为解决目前复合材料寿命分散性大, 预测安全寿命所需试件个数多、试验周期长、耗资大的问题提供了一种方法。文中还给出了某飞机复合材料在谱载下的安全寿命对比试验结果。
提出了一种评估复合材料安全寿命的低成本方法, 该方法可以综合利用以往积累的经验数据和当前的试验数据预测复合材料的安全寿命。由于它既充分利用了当前的试验数据又利用了以往的经验数据, 所以其可利用的信息量要远远大于只能利用当前试验数据的现行方法, 从而用本文方法预测复合材料安全寿命比现行方法既节省了大量试件又提高了精度, 为解决目前复合材料寿命分散性大, 预测安全寿命所需试件个数多、试验周期长、耗资大的问题提供了一种方法。文中还给出了某飞机复合材料在谱载下的安全寿命对比试验结果。
