1997年 第14卷 第3期
1997, 14(3): 1-8.
摘要:
较详细地评述了自韧Si3N4研究的发展过程及国内外研究现状,讨论了自韧Si3N4研究的主要内容,指出了存在的问题及发展趋势.
较详细地评述了自韧Si3N4研究的发展过程及国内外研究现状,讨论了自韧Si3N4研究的主要内容,指出了存在的问题及发展趋势.
1997, 14(3): 9-14.
摘要:
通过热重分析实验,研究了Al-Mg-Si合金熔体在高温空气气氛中直接氧化的孕育期与工艺温度及母合金中Mg、Si含量的关系,摸清了铝合金本体氧化的表观活化能与母合金Mg、Si含量的关系,证实了Al-Mg-Si合金直接氧化过程符合Arrhenius公式.
通过热重分析实验,研究了Al-Mg-Si合金熔体在高温空气气氛中直接氧化的孕育期与工艺温度及母合金中Mg、Si含量的关系,摸清了铝合金本体氧化的表观活化能与母合金Mg、Si含量的关系,证实了Al-Mg-Si合金直接氧化过程符合Arrhenius公式.
1997, 14(3): 15-19.
摘要:
考察了几种不同基体和状态的SiC晶须增强铝合金复合材料在拉伸变形过程中流变应力的变化情况,发现复合材料的强化效果与基体强度有关,混合法则(ROM)对复合材料抗拉强度的预测与实验值偏差较大,基体强度高的复合材料在拉伸变形过程中出现低应力屈服现象,复合材料的加工硬化能力明显高于基体,文中对出现这些现象的原因进行了探讨.
考察了几种不同基体和状态的SiC晶须增强铝合金复合材料在拉伸变形过程中流变应力的变化情况,发现复合材料的强化效果与基体强度有关,混合法则(ROM)对复合材料抗拉强度的预测与实验值偏差较大,基体强度高的复合材料在拉伸变形过程中出现低应力屈服现象,复合材料的加工硬化能力明显高于基体,文中对出现这些现象的原因进行了探讨.
1997, 14(3): 20-24.
摘要:
通过TEM对SiCP和短碳纤维混杂增强ZA27复合材料界面特性和微观结构观察,发现SiCP与基体之间的界面部分区域有不连续的界面析出产物.碳纤维与基体之间的界面结合较好,同样部分区域有不连续的界面析出产物.这些析出相均为铜锌铝相.此外,碳纤维与基体界面之间部分区域存在一层碳黑,这是因为碳纤维脱胶不完全引起的.此外,增强体微区分布不均匀,主要偏聚在ZA27合金最后凝固部位.
通过TEM对SiCP和短碳纤维混杂增强ZA27复合材料界面特性和微观结构观察,发现SiCP与基体之间的界面部分区域有不连续的界面析出产物.碳纤维与基体之间的界面结合较好,同样部分区域有不连续的界面析出产物.这些析出相均为铜锌铝相.此外,碳纤维与基体界面之间部分区域存在一层碳黑,这是因为碳纤维脱胶不完全引起的.此外,增强体微区分布不均匀,主要偏聚在ZA27合金最后凝固部位.
1997, 14(3): 25-31.
摘要:
铸造金属基复合材料的凝固决定着材料的机械性能.本文中研究了凝固冷却速率对CF/Al-4.5Cu复合材料的显微组织、偏析及机械性能的影响.实验结果表明,挤压铸造CF/Al-4.5Cu复合材料凝固过程中,α-Al相首先在纤维间隙中开始形核,并逐渐向纤维表面生长,而共晶θ-Al2Cu相依附CF表面形核并长大.随着凝固冷却速率的降低,θ相的形态从块状转变为颗粒状,析出量逐渐减少,Cu元素显微偏析逐渐降低,复合材料的抗弯强度逐渐提高.另外,CF/Al-4.5Cu复合材料由于其强的界面结合力,其断裂特征为脆性断裂,断口形貌表现为平切型.
铸造金属基复合材料的凝固决定着材料的机械性能.本文中研究了凝固冷却速率对CF/Al-4.5Cu复合材料的显微组织、偏析及机械性能的影响.实验结果表明,挤压铸造CF/Al-4.5Cu复合材料凝固过程中,α-Al相首先在纤维间隙中开始形核,并逐渐向纤维表面生长,而共晶θ-Al2Cu相依附CF表面形核并长大.随着凝固冷却速率的降低,θ相的形态从块状转变为颗粒状,析出量逐渐减少,Cu元素显微偏析逐渐降低,复合材料的抗弯强度逐渐提高.另外,CF/Al-4.5Cu复合材料由于其强的界面结合力,其断裂特征为脆性断裂,断口形貌表现为平切型.
1997, 14(3): 32-36.
摘要:
研究了碳/碳(简称C/C)复合飞机刹车材料在低能载条件下的摩擦磨损性能,分析了刹车力矩与刹车速度之间关系曲线,探讨了C/C复合材料因能载变化出现摩擦系数最大值的根本原因.结果表明:随着刹车比压增加,摩擦系数最大值下降;低能条件下C/C复合材料摩擦面较粗糙,磨损率约为正常能载下的两倍.
研究了碳/碳(简称C/C)复合飞机刹车材料在低能载条件下的摩擦磨损性能,分析了刹车力矩与刹车速度之间关系曲线,探讨了C/C复合材料因能载变化出现摩擦系数最大值的根本原因.结果表明:随着刹车比压增加,摩擦系数最大值下降;低能条件下C/C复合材料摩擦面较粗糙,磨损率约为正常能载下的两倍.
1997, 14(3): 37-40.
摘要:
研究了碳/碳复合材料MoSi2防氧化涂层的性能.结果表明,MoSi2涂层系统具有1500℃长时间防氧化作用,在1500℃时,带涂层的碳/碳复合材料长时间氧化失重速率稳定在2.43×10-5g/m2·s,242小时的氧化失重为0.57%,该质量损失表现为涂层系统自身蒸发损耗;同时,MoSi2涂层具有良好的自愈性和抗热震性.
研究了碳/碳复合材料MoSi2防氧化涂层的性能.结果表明,MoSi2涂层系统具有1500℃长时间防氧化作用,在1500℃时,带涂层的碳/碳复合材料长时间氧化失重速率稳定在2.43×10-5g/m2·s,242小时的氧化失重为0.57%,该质量损失表现为涂层系统自身蒸发损耗;同时,MoSi2涂层具有良好的自愈性和抗热震性.
1997, 14(3): 41-44.
摘要:
研究了Ni-Zn铁氧体与锆钛酸铅PZT复合材料在1～1000MHz范围内对电磁波的衰减情况.结果表明,PZT由于具有铁电性与铁磁性共存特点,在1～1000MHz范围内有较好的吸波能力.在Ni-Zn铁氧体中添加PZT后可提高Ni-Zn铁氧体在100MHz以下频段对电磁波的衰减能力,在>100MHz频段后则降低对电磁波的哀减能力.
研究了Ni-Zn铁氧体与锆钛酸铅PZT复合材料在1～1000MHz范围内对电磁波的衰减情况.结果表明,PZT由于具有铁电性与铁磁性共存特点,在1～1000MHz范围内有较好的吸波能力.在Ni-Zn铁氧体中添加PZT后可提高Ni-Zn铁氧体在100MHz以下频段对电磁波的衰减能力,在>100MHz频段后则降低对电磁波的哀减能力.
1997, 14(3): 45-48.
摘要:
研究了CeO2/γ-Al2O3单分子层复合微粉的制备机理.研究结果说明,CeO2可以在γ-Al2O3表面形成单层分散相,可以通过浸渍、焙烧的方法制备CeO2/γ-Al2O3单分子层复合微粉;CeO2起始物的种类对其单层分散阈值(最大单层分散容量)有影响,以硝酸亚铈为起始物的CeO2/γ-Al2O3复合微粉的CeO2单层分散阈值为0.042gCeO2/g(γ-Al2O3),而以醋酸亚铈为起始物的CeO2单层分散阈值则为0.10gCeO2/g(γ-Al2O3).
研究了CeO2/γ-Al2O3单分子层复合微粉的制备机理.研究结果说明,CeO2可以在γ-Al2O3表面形成单层分散相,可以通过浸渍、焙烧的方法制备CeO2/γ-Al2O3单分子层复合微粉;CeO2起始物的种类对其单层分散阈值(最大单层分散容量)有影响,以硝酸亚铈为起始物的CeO2/γ-Al2O3复合微粉的CeO2单层分散阈值为0.042gCeO2/g(γ-Al2O3),而以醋酸亚铈为起始物的CeO2单层分散阈值则为0.10gCeO2/g(γ-Al2O3).
1997, 14(3): 49-53.
摘要:
讨论了一种新型酚醛SMC的增稠机理和固化行为.结果表明,增稠剂、填料和硅烷偶联剂对酚醛树脂糊的初期粘度有较大影响,当单独用氢氧化钙作增稠剂时增稠速度快,单独用氧化镁作增稠剂时增稠速度慢;当单独用滑石粉作填料时增稠速度快,单独用粘土作填料时增稠速度慢;通过调整增稠剂和填料各组份的比例可以得到粘度适合的酚醛树脂糊.另外,硅烷偶联剂能够催化酚醛SMC的硬化和固化,这已由DSC和凝胶时间数据所证实.这些研究结果为生产优质的酚醛SMC提供了理论依据.
讨论了一种新型酚醛SMC的增稠机理和固化行为.结果表明,增稠剂、填料和硅烷偶联剂对酚醛树脂糊的初期粘度有较大影响,当单独用氢氧化钙作增稠剂时增稠速度快,单独用氧化镁作增稠剂时增稠速度慢;当单独用滑石粉作填料时增稠速度快,单独用粘土作填料时增稠速度慢;通过调整增稠剂和填料各组份的比例可以得到粘度适合的酚醛树脂糊.另外,硅烷偶联剂能够催化酚醛SMC的硬化和固化,这已由DSC和凝胶时间数据所证实.这些研究结果为生产优质的酚醛SMC提供了理论依据.
1997, 14(3): 54-60.
摘要:
研制了用于UHMPE纤维表面处理的连续化学处理装置.将经过处理的UHMPE纤维与环氧树脂体系制备成复合材料.用复合材料的短梁剪切强度评价纤维处理效果.测定了复合材料的压缩性能、弯曲性能和冲击性能(包括平面冲击、缺口与非缺口冲击).结果表明,UHMPE纤维复合材料的韧性极好,虽然其刚度较低,压缩强度与弯曲强度较差.这种复合材料的失效模式主要是纤维与基体的脱粘、分层、纤维屈曲和大变形,而不是纤维的断裂.
研制了用于UHMPE纤维表面处理的连续化学处理装置.将经过处理的UHMPE纤维与环氧树脂体系制备成复合材料.用复合材料的短梁剪切强度评价纤维处理效果.测定了复合材料的压缩性能、弯曲性能和冲击性能(包括平面冲击、缺口与非缺口冲击).结果表明,UHMPE纤维复合材料的韧性极好,虽然其刚度较低,压缩强度与弯曲强度较差.这种复合材料的失效模式主要是纤维与基体的脱粘、分层、纤维屈曲和大变形,而不是纤维的断裂.
1997, 14(3): 61-66.
摘要:
采用二元胺扩链改性,以提高前文[1]研究的低温固化共聚型BMI树脂的韧性.研究了扩链BMI树脂的配方、反应性、工艺性及其浇铸体和复合材料的性能.结果表明,改性BMI树脂的固化温度降到了150℃,韧性得到提高,复合材料性能优异.浇铸体弯曲强度119MPa,热变形温度272℃;玻璃纤维复合材料弯曲强度2034MPa,短梁剪切强度91.8MPa.
采用二元胺扩链改性,以提高前文[1]研究的低温固化共聚型BMI树脂的韧性.研究了扩链BMI树脂的配方、反应性、工艺性及其浇铸体和复合材料的性能.结果表明,改性BMI树脂的固化温度降到了150℃,韧性得到提高,复合材料性能优异.浇铸体弯曲强度119MPa,热变形温度272℃;玻璃纤维复合材料弯曲强度2034MPa,短梁剪切强度91.8MPa.
1997, 14(3): 67-71.
摘要:
研究了温度和水煮时间对五种偶联剂处理前后的玻璃纤维/环氧树脂基复合材料界面层介电性能的影响.结果表明,温度和水煮时间对其复合界面层的介电性能均有强烈的影响,其影响的程度与界面在该状态下的极化强度成正比.
研究了温度和水煮时间对五种偶联剂处理前后的玻璃纤维/环氧树脂基复合材料界面层介电性能的影响.结果表明,温度和水煮时间对其复合界面层的介电性能均有强烈的影响,其影响的程度与界面在该状态下的极化强度成正比.
1997, 14(3): 72-76.
摘要:
通过电镜分析研究了掺入矿渣、普通硅酸盐水泥等物质对石膏基复合材料结构性能的影响;并采用苯丙乳液对植物纤维进行表面处理,有效地改善了植物纤维石膏复合材料的界面结合状况,使其力学性能得到显着提高.
通过电镜分析研究了掺入矿渣、普通硅酸盐水泥等物质对石膏基复合材料结构性能的影响;并采用苯丙乳液对植物纤维进行表面处理,有效地改善了植物纤维石膏复合材料的界面结合状况,使其力学性能得到显着提高.
1997, 14(3): 77-80.
摘要:
总结了经典的微粒填充复合材料体积电导率的计算公式,并针对分散相填充浓度较高的情况从串、并联电路角度进行了分析,指出这些模型各有一定的适用范围.用作者得到的存在界面电荷积累时的电导电流可以解释无机填料填充的复合材料电导率随填料浓度变化的特殊规律.
总结了经典的微粒填充复合材料体积电导率的计算公式,并针对分散相填充浓度较高的情况从串、并联电路角度进行了分析,指出这些模型各有一定的适用范围.用作者得到的存在界面电荷积累时的电导电流可以解释无机填料填充的复合材料电导率随填料浓度变化的特殊规律.
1997, 14(3): 81-86.
摘要:
将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力-应变场.对旋转体和非旋转体纤维增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算.分析了纤维的排列分布和纤维的几何形状对有效模量的影响.数值结果表明,轴向杨氏模量对细观结构不敏感,而纤维的形状排列方式对横观有效性能影响是显着的.
将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力-应变场.对旋转体和非旋转体纤维增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算.分析了纤维的排列分布和纤维的几何形状对有效模量的影响.数值结果表明,轴向杨氏模量对细观结构不敏感,而纤维的形状排列方式对横观有效性能影响是显着的.
1997, 14(3): 87-90.
摘要:
基于三阶折线位移模型,利用虚功原理导出了含初始平面应力的层合复合材料板的弯曲理论.算例表明所得结果精度很高.
基于三阶折线位移模型,利用虚功原理导出了含初始平面应力的层合复合材料板的弯曲理论.算例表明所得结果精度很高.
1997, 14(3): 91-98.
摘要:
导电粒子掺入到绝缘体中会显着提高其介电常数,理论上这种增强超出了C-M方程和其它偶极近似的结果.近来有人[1]引入一种有效集结模型来描述这种增长规律,其中对于非球形导电粒子的影响引入一个形状因子u0来描述,但他们都是把绝缘体作为基体来处理.本文的目的在于采用对等来处理这种介质,像文献[2]一样来修正D-J方程,同时与铜、铝微粒掺入聚乙烯中的实验规律进行了比较,微观分析了微粒的形貌和分布,得到与理论相符合的结果.
导电粒子掺入到绝缘体中会显着提高其介电常数,理论上这种增强超出了C-M方程和其它偶极近似的结果.近来有人[1]引入一种有效集结模型来描述这种增长规律,其中对于非球形导电粒子的影响引入一个形状因子u0来描述,但他们都是把绝缘体作为基体来处理.本文的目的在于采用对等来处理这种介质,像文献[2]一样来修正D-J方程,同时与铜、铝微粒掺入聚乙烯中的实验规律进行了比较,微观分析了微粒的形貌和分布,得到与理论相符合的结果.
1997, 14(3): 99-106.
摘要:
从碳纤维复合材料孔隙率的超声脉冲检测原理出发,在假设其它缺陷的影响已在定性分析中排除、或以当量及修正的方式引入的前提下,对于根据孔隙直径适当给定的检测频率,建立材料的超声衰减模型,并导出超声衰减系数与材料和孔隙缺陷的主要参数之间的理论与统计关系,为建立新的检测方法提供理论支撑,改变现有检测方法的检测结果与理论模型的不一致现象.其中作为中间结果之一所建立的碳纤维声衰减模型及相应导出的声衰减系数与碳纤维含量和碳纤维半径之间的关系,不仅可服务于本文的直接应用目标,而且对于基于超声衰减原理的纤维增强复合材料无损检测的其它方面也具意义.作为中间结果之二所建立的分布孔隙率超声衰减模型,考虑到材料中的孔隙按其半径分布,而不同半径范围的孔隙表现出相异的声衰减特性这一实际情况,在由单一半径孔隙率声衰减模型导出的理论关系中引入了孔隙率与孔隙半径相关关系的统计特征,由此给出了更符合材料实际情况的修正模型和求解关系式.
从碳纤维复合材料孔隙率的超声脉冲检测原理出发,在假设其它缺陷的影响已在定性分析中排除、或以当量及修正的方式引入的前提下,对于根据孔隙直径适当给定的检测频率,建立材料的超声衰减模型,并导出超声衰减系数与材料和孔隙缺陷的主要参数之间的理论与统计关系,为建立新的检测方法提供理论支撑,改变现有检测方法的检测结果与理论模型的不一致现象.其中作为中间结果之一所建立的碳纤维声衰减模型及相应导出的声衰减系数与碳纤维含量和碳纤维半径之间的关系,不仅可服务于本文的直接应用目标,而且对于基于超声衰减原理的纤维增强复合材料无损检测的其它方面也具意义.作为中间结果之二所建立的分布孔隙率超声衰减模型,考虑到材料中的孔隙按其半径分布,而不同半径范围的孔隙表现出相异的声衰减特性这一实际情况,在由单一半径孔隙率声衰减模型导出的理论关系中引入了孔隙率与孔隙半径相关关系的统计特征,由此给出了更符合材料实际情况的修正模型和求解关系式.
1997, 14(3): 107-114.
摘要:
文中提出一种基于理论建模与实验标定的碳纤维复合材料孔隙率超声衰减检测方法.此方法对包含超声波频率、树脂、碳纤维、按尺寸分布孔隙等的多种衰减影响作用在内的理论模型进行分析简化,而建立起检测模型,较好地解决了前人的理论模型与检测结果不一致问题,并使其方法本身具有适用意义.对相应导出的检测关系式通过破坏性实验标定,保证了本方法检测结果的可靠性.给出了一种标定检测关系式的实验方法,并对其精度进行了分析.通过实验分析,对所提出的方法进行了示例性实现,以表明此方法的可行性.
文中提出一种基于理论建模与实验标定的碳纤维复合材料孔隙率超声衰减检测方法.此方法对包含超声波频率、树脂、碳纤维、按尺寸分布孔隙等的多种衰减影响作用在内的理论模型进行分析简化,而建立起检测模型,较好地解决了前人的理论模型与检测结果不一致问题,并使其方法本身具有适用意义.对相应导出的检测关系式通过破坏性实验标定,保证了本方法检测结果的可靠性.给出了一种标定检测关系式的实验方法,并对其精度进行了分析.通过实验分析,对所提出的方法进行了示例性实现,以表明此方法的可行性.
1997, 14(3): 115-124.
摘要:
通过对纤维增强复合材料层板疲劳过程中能量耗散的不可逆过程的分析,并考虑不同加载次序,建立了一种以有效能耗为基础的非线性疲劳损伤累积法则.并从理论和实验证明了该法则能正确的反映载荷次序效应等疲劳累积损伤规律.
通过对纤维增强复合材料层板疲劳过程中能量耗散的不可逆过程的分析,并考虑不同加载次序,建立了一种以有效能耗为基础的非线性疲劳损伤累积法则.并从理论和实验证明了该法则能正确的反映载荷次序效应等疲劳累积损伤规律.
1997, 14(3): 125-129.
摘要:
采用Lagrange方程导出包含横向剪切变形和转动惯量的复合材料层合圆柱壳径向脉冲屈曲控制方程;用四阶Runge-Kuta方法对方程数值求解,寻找占优屈曲模态数及对应于允许初缺陷放大值时的临界冲击速度;通过计算碳/环氧材料角铺设层合圆柱壳,讨论了横向剪切变形、壳体几何尺寸、铺层角度等因素对层合圆柱壳动力屈曲的影响.
采用Lagrange方程导出包含横向剪切变形和转动惯量的复合材料层合圆柱壳径向脉冲屈曲控制方程;用四阶Runge-Kuta方法对方程数值求解,寻找占优屈曲模态数及对应于允许初缺陷放大值时的临界冲击速度;通过计算碳/环氧材料角铺设层合圆柱壳,讨论了横向剪切变形、壳体几何尺寸、铺层角度等因素对层合圆柱壳动力屈曲的影响.
1997, 14(3): 130-135.
摘要:
基于连续损伤力学,对弹丸冲击复合材料多层板靶的变形-损伤过程给出了必要的基本方程,进行了三维有限元分析.将靶板处理为具有材料各向异性和结构非均匀性;冲击引起的微损伤是各向异性的,造成材料的非线性;冲击造成的局部大变形,构成几何非线性.宏观损伤(包括层内基体开裂、纤维断裂和层间分层)在有限元分析中用节点分裂法处理.钢质弹丸假设是线弹性的,不考虑它在冲击过程中的损伤.计算结果表明,采用本文中提出的方法,能较好地模拟复合材料层合板受弹丸冲击时的损伤、变形过程.
基于连续损伤力学,对弹丸冲击复合材料多层板靶的变形-损伤过程给出了必要的基本方程,进行了三维有限元分析.将靶板处理为具有材料各向异性和结构非均匀性;冲击引起的微损伤是各向异性的,造成材料的非线性;冲击造成的局部大变形,构成几何非线性.宏观损伤(包括层内基体开裂、纤维断裂和层间分层)在有限元分析中用节点分裂法处理.钢质弹丸假设是线弹性的,不考虑它在冲击过程中的损伤.计算结果表明,采用本文中提出的方法,能较好地模拟复合材料层合板受弹丸冲击时的损伤、变形过程.
