2005年 第22卷 第2期
2005, 22(2): 1-5.
摘要:
利用Cu-Al-Ni-Mn-Ti 与QBe2 合金爆炸复合研制出一种新型的减振弹性复合板材料, 用多功能内耗仪测试了该复合板材料的阻尼性能。结果表明: 其内耗值比QBe2 增加了近一个数量级, 而且具有明显的振幅效应。复合板材料的电阻率介于Cu-Al-Ni-Mn-Ti 与QBe2 合金之间, 复合界面对电阻率的影响较小。爆炸复合的界面多呈波浪型, 在界面附近有融化区, 780 ℃等温处理, 界面随保温时间延长而展宽。
利用Cu-Al-Ni-Mn-Ti 与QBe2 合金爆炸复合研制出一种新型的减振弹性复合板材料, 用多功能内耗仪测试了该复合板材料的阻尼性能。结果表明: 其内耗值比QBe2 增加了近一个数量级, 而且具有明显的振幅效应。复合板材料的电阻率介于Cu-Al-Ni-Mn-Ti 与QBe2 合金之间, 复合界面对电阻率的影响较小。爆炸复合的界面多呈波浪型, 在界面附近有融化区, 780 ℃等温处理, 界面随保温时间延长而展宽。
2005, 22(2): 6-10.
摘要:
Nb/ Nb5Si3 是一种新型的高温结构复合材料, 为了降低该材料的制备成本并有效控制材料的显微结构, 本文作者以Nb、Si 粉末为原料, 采用放电等离子烧结(SPS) 技术原位合成了近理论密度的Nb/ Nb5Si3 复合材料, 着重研究了Si 含量对Nb/ Nb5Si3 复合材料显微结构的影响。结果表明: 制备的复合材料由合成的Nb5Si3和均匀分布的Nb 颗粒组成; 在原子分数为6 %～20 %Si 范围内, 随着Si 含量增加, 复合材料中Nb5Si3 数量增加, Nb 颗粒尺寸减小, 复合材料的致密性和硬度提高。
Nb/ Nb5Si3 是一种新型的高温结构复合材料, 为了降低该材料的制备成本并有效控制材料的显微结构, 本文作者以Nb、Si 粉末为原料, 采用放电等离子烧结(SPS) 技术原位合成了近理论密度的Nb/ Nb5Si3 复合材料, 着重研究了Si 含量对Nb/ Nb5Si3 复合材料显微结构的影响。结果表明: 制备的复合材料由合成的Nb5Si3和均匀分布的Nb 颗粒组成; 在原子分数为6 %～20 %Si 范围内, 随着Si 含量增加, 复合材料中Nb5Si3 数量增加, Nb 颗粒尺寸减小, 复合材料的致密性和硬度提高。
2005, 22(2): 11-15.
摘要:
利用溶胶-凝胶技术制备了不同SiO2 含量的二氧化硅/ 聚酰亚胺(SiO2 / PI) 纳米杂化薄膜。采用红外光谱( IR) 和扫描电镜(SEM) 手段对该体系的分子结构和断裂形貌进行了表征, 研究了聚酰亚胺薄膜室温和低温(77K) 力学性能。结果表明: 室温和低温(77 K) 下, SiO2 / PI 杂化薄膜的拉伸强度开始时均随SiO2 含量的增加而增加, 在含量为3 %时达到最大值, 低温下杂化薄膜的拉伸强度明显高于室温。室温下, 杂化薄膜的断裂伸长率在含量为3 %时达到最大值, 而低温(77 K) 下, 薄膜的断裂伸长率的变化没有呈现明显的规律性。
利用溶胶-凝胶技术制备了不同SiO2 含量的二氧化硅/ 聚酰亚胺(SiO2 / PI) 纳米杂化薄膜。采用红外光谱( IR) 和扫描电镜(SEM) 手段对该体系的分子结构和断裂形貌进行了表征, 研究了聚酰亚胺薄膜室温和低温(77K) 力学性能。结果表明: 室温和低温(77 K) 下, SiO2 / PI 杂化薄膜的拉伸强度开始时均随SiO2 含量的增加而增加, 在含量为3 %时达到最大值, 低温下杂化薄膜的拉伸强度明显高于室温。室温下, 杂化薄膜的断裂伸长率在含量为3 %时达到最大值, 而低温(77 K) 下, 薄膜的断裂伸长率的变化没有呈现明显的规律性。
2005, 22(2): 16-20.
摘要:
以含有纳米SiO2 的聚乙二醇二丙烯酸酯( PEGDA) 为单体, 加入液态电解质, 通过紫外光辐射固化制备了凝胶态纳米复合聚合物电解质(NCPE) 。含有纳米SiO2 的PEGDA 单体是以水性硅溶胶为原料, 通过一个溶剂交换过程制备的, 与此同时纳米SiO2 的表面通过加入甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS) 进行改性, 使其表面具有可以参与光固化的丙烯酸酯基团。与用不含纳米粒子的PEGDA 单体制备的凝胶态聚合物电解质相比, 纳米复合聚合物电解质的电导率更高, 尤其是电化学稳定性和界面稳定性有明显提高。
以含有纳米SiO2 的聚乙二醇二丙烯酸酯( PEGDA) 为单体, 加入液态电解质, 通过紫外光辐射固化制备了凝胶态纳米复合聚合物电解质(NCPE) 。含有纳米SiO2 的PEGDA 单体是以水性硅溶胶为原料, 通过一个溶剂交换过程制备的, 与此同时纳米SiO2 的表面通过加入甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MAPTMS) 进行改性, 使其表面具有可以参与光固化的丙烯酸酯基团。与用不含纳米粒子的PEGDA 单体制备的凝胶态聚合物电解质相比, 纳米复合聚合物电解质的电导率更高, 尤其是电化学稳定性和界面稳定性有明显提高。
2005, 22(2): 21-26.
摘要:
在醇/ 水混合介质中用分散聚合方法制备二氧化硅/ 聚苯乙烯单分散复合微球。探讨了分散聚合法制备无机/ 有机复合微球的过程, 考察了分散聚合反应的动力学过程。SEM 和TEM 观察结果表明: 在醇/ 水混合介质中, 用PVP K-30 作为稳定剂, 用分散聚合法制备了单分散的以二氧化硅为核、聚苯乙烯为壳的复合微球,成功实现了聚苯乙烯对二氧化硅的包覆, 复合微球的平均粒径为1.25μm , 分散系数ε为0.035 , 达到了单分散水平。还考察了稳定剂的浓度对复合微球粒径的影响, 当稳定剂PVP K-30 浓度增加时, 发现微球的粒径有所减小, 而微球的单分散性提高。
在醇/ 水混合介质中用分散聚合方法制备二氧化硅/ 聚苯乙烯单分散复合微球。探讨了分散聚合法制备无机/ 有机复合微球的过程, 考察了分散聚合反应的动力学过程。SEM 和TEM 观察结果表明: 在醇/ 水混合介质中, 用PVP K-30 作为稳定剂, 用分散聚合法制备了单分散的以二氧化硅为核、聚苯乙烯为壳的复合微球,成功实现了聚苯乙烯对二氧化硅的包覆, 复合微球的平均粒径为1.25μm , 分散系数ε为0.035 , 达到了单分散水平。还考察了稳定剂的浓度对复合微球粒径的影响, 当稳定剂PVP K-30 浓度增加时, 发现微球的粒径有所减小, 而微球的单分散性提高。
2005, 22(2): 27-33.
摘要:
通过溶液共混法制备出MCM-41/ 环氧树脂、偶联修饰MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料。研究了填充MCM-41 介孔分子筛颗粒的偶联修饰以及不同的填充颗粒含量对分散性和复合材料拉伸性能的影响。结果表明: 在MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料中, MCM-41 仍保持着长程有序的孔道结构。修饰后的MCM-41 变成亲油性, 有利于增强颗粒与环氧树脂间的界面结合和纳米网络结构的形成, 使MCM-41 颗粒更能均匀分散在聚合物基体中, 提高复合材料的拉伸性能。修饰后的MCM-41 填加量为2.5 %(质量分数) 时, 拉伸强度达到最大值,比基体树脂提高99.2 % , 杨氏模量提高了110 %。
通过溶液共混法制备出MCM-41/ 环氧树脂、偶联修饰MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料。研究了填充MCM-41 介孔分子筛颗粒的偶联修饰以及不同的填充颗粒含量对分散性和复合材料拉伸性能的影响。结果表明: 在MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料中, MCM-41 仍保持着长程有序的孔道结构。修饰后的MCM-41 变成亲油性, 有利于增强颗粒与环氧树脂间的界面结合和纳米网络结构的形成, 使MCM-41 颗粒更能均匀分散在聚合物基体中, 提高复合材料的拉伸性能。修饰后的MCM-41 填加量为2.5 %(质量分数) 时, 拉伸强度达到最大值,比基体树脂提高99.2 % , 杨氏模量提高了110 %。
2005, 22(2): 34-37.
摘要:
制备了碳纤维增强聚乳酸(C/ PLA) 骨折内固定复合材料, 研究了体外降解过程中其力学性能的变化。结果表明: 在体外降解过程中, C/ PLA 复合材料的各项力学性能均有不同程度的下降, 但经过硝酸处理后的C/PLA 复合材料降解速度缓慢, 表明界面结合强度的提高对降解过程起抑制作用。
制备了碳纤维增强聚乳酸(C/ PLA) 骨折内固定复合材料, 研究了体外降解过程中其力学性能的变化。结果表明: 在体外降解过程中, C/ PLA 复合材料的各项力学性能均有不同程度的下降, 但经过硝酸处理后的C/PLA 复合材料降解速度缓慢, 表明界面结合强度的提高对降解过程起抑制作用。
2005, 22(2): 38-45.
摘要:
以十八烷基三甲基溴化铵为插层处理剂改性蒙脱土。分别采用有机蒙脱土(C18-MMT) 和Na-蒙脱土(Na-MMT) 填充补强丁苯橡胶, 用XRD 和TEM 对复合材料的结构进行表征。结果表明: 蒙脱土在橡胶基体中的分散取决于蒙脱土的亲油性, 亲油性越强, 蒙脱土的片层在橡胶中的分散越均匀, 完全有机化处理的蒙脱土能够被剥离成厚度为20 nm 左右的片层并均匀分散在橡胶基体中。蒙脱土的存在对橡胶的硫化反应有一定的影响, 有机蒙脱土对橡胶硫化反应有催化作用, 但不改变硫化反应的活化能; Na-蒙脱土片层阻碍了橡胶的硫化交联, 使交联反应对温度的敏感性降低, 导致表观活化能减小。有机蒙脱土填充补强丁苯橡胶, 由于提高了橡胶的交联密度, 同时有机蒙脱土具有高比表面积和滑移性, 大大提高了橡胶的机械性能, 其拉伸强度和300 %定伸应力与炭黑N330 补强橡胶相当, 而断裂伸长率较炭黑补强橡胶有大幅度的提高, 在替代炭黑作为橡胶的补强剂方面具有广泛的应用前景。
以十八烷基三甲基溴化铵为插层处理剂改性蒙脱土。分别采用有机蒙脱土(C18-MMT) 和Na-蒙脱土(Na-MMT) 填充补强丁苯橡胶, 用XRD 和TEM 对复合材料的结构进行表征。结果表明: 蒙脱土在橡胶基体中的分散取决于蒙脱土的亲油性, 亲油性越强, 蒙脱土的片层在橡胶中的分散越均匀, 完全有机化处理的蒙脱土能够被剥离成厚度为20 nm 左右的片层并均匀分散在橡胶基体中。蒙脱土的存在对橡胶的硫化反应有一定的影响, 有机蒙脱土对橡胶硫化反应有催化作用, 但不改变硫化反应的活化能; Na-蒙脱土片层阻碍了橡胶的硫化交联, 使交联反应对温度的敏感性降低, 导致表观活化能减小。有机蒙脱土填充补强丁苯橡胶, 由于提高了橡胶的交联密度, 同时有机蒙脱土具有高比表面积和滑移性, 大大提高了橡胶的机械性能, 其拉伸强度和300 %定伸应力与炭黑N330 补强橡胶相当, 而断裂伸长率较炭黑补强橡胶有大幅度的提高, 在替代炭黑作为橡胶的补强剂方面具有广泛的应用前景。
2005, 22(2): 46-51.
摘要:
为改善石墨纤维/ 双酚A 二氰酸酯(M40J / BADCy) 复合材料的层间剪切强度, 采用立体四针状ZnO晶须对M40J / BADCy 复合材料进行增强。红外光谱及凝胶实验研究表明, ZnO 晶须对BADCy 的固化反应有催化作用, 使BADCy/ E51 树脂体系的后固化温度由200 ℃降为180 ℃。力学性能测试表明, 未处理的ZnO 晶须因与BADCy 基体粘结不好, 仅使M40J / BADCy 复合材料的弯曲模量有所提高。经KH560 处理的ZnO 晶须对M40J / BADCy 复合材料的层间剪切强度提高明显, ZnO 晶须含量为10 %时, 增强效果最佳, 使M40J / BADCy复合材料的层间剪切强度由原来的77.6 MPa 提高到91.2 MPa , 弯曲模量由原来的178.9 GPa 提高到207.4GPa , 而弯曲强度变化不大。SEM 研究表明, 立体结构的晶须能很好地分散于M40J / BADCy 复合材料层间, 依靠晶须的层间“钉扎”提高复合材料的层间剪切强度。
为改善石墨纤维/ 双酚A 二氰酸酯(M40J / BADCy) 复合材料的层间剪切强度, 采用立体四针状ZnO晶须对M40J / BADCy 复合材料进行增强。红外光谱及凝胶实验研究表明, ZnO 晶须对BADCy 的固化反应有催化作用, 使BADCy/ E51 树脂体系的后固化温度由200 ℃降为180 ℃。力学性能测试表明, 未处理的ZnO 晶须因与BADCy 基体粘结不好, 仅使M40J / BADCy 复合材料的弯曲模量有所提高。经KH560 处理的ZnO 晶须对M40J / BADCy 复合材料的层间剪切强度提高明显, ZnO 晶须含量为10 %时, 增强效果最佳, 使M40J / BADCy复合材料的层间剪切强度由原来的77.6 MPa 提高到91.2 MPa , 弯曲模量由原来的178.9 GPa 提高到207.4GPa , 而弯曲强度变化不大。SEM 研究表明, 立体结构的晶须能很好地分散于M40J / BADCy 复合材料层间, 依靠晶须的层间“钉扎”提高复合材料的层间剪切强度。
2005, 22(2): 52-56.
摘要:
将尼龙12 与有机累托石的混合粉末进行激光烧结成型, 利用X 射线衍射(XRD) 、差示扫描量热分析(DSC) 、扫描电镜(SEM) 等手段对烧结试样的材料结构进行了表征, 并对其力学性能及热性能进行了研究。结果表明: 尼龙12 在激光烧结过程中插入到累托石层间, 形成了尼龙12/ 累托石纳米复合材料。复合材料的力学性能及热稳定性能同尼龙12 烧结试样相比均有不同程度的提高, 有机累托石质量分数为10 %时, 复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了10.7 %、15.9 %和38.7 % , 热分解温度提高了27 ℃。
将尼龙12 与有机累托石的混合粉末进行激光烧结成型, 利用X 射线衍射(XRD) 、差示扫描量热分析(DSC) 、扫描电镜(SEM) 等手段对烧结试样的材料结构进行了表征, 并对其力学性能及热性能进行了研究。结果表明: 尼龙12 在激光烧结过程中插入到累托石层间, 形成了尼龙12/ 累托石纳米复合材料。复合材料的力学性能及热稳定性能同尼龙12 烧结试样相比均有不同程度的提高, 有机累托石质量分数为10 %时, 复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了10.7 %、15.9 %和38.7 % , 热分解温度提高了27 ℃。
2005, 22(2): 57-62.
摘要:
制备了PA66/ U HMWPE/ HDPE-g-MA H 共混合金, 并对其力学性能和微观结构进行了研究。结果表明: 随着U HMWPE 含量的增加, 共混合金缺口冲击强度显著提高, 拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量下降。为了弥补强度和刚性的损失, 使材料同时具有良好的韧性、强度和刚性, 采用了短玻璃纤维和无机粒子混杂增强PA66/ U HMWPE/ HDPE-g-MAH (80/ 20/ 20) 。经短玻纤和无机粒子混杂增强后, 材料的拉伸强度、弯曲强度、模量和刚性都明显提高, 同时材料缺口冲击强度保持较高水平, 比尼龙66 提高72.9 %。
制备了PA66/ U HMWPE/ HDPE-g-MA H 共混合金, 并对其力学性能和微观结构进行了研究。结果表明: 随着U HMWPE 含量的增加, 共混合金缺口冲击强度显著提高, 拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量下降。为了弥补强度和刚性的损失, 使材料同时具有良好的韧性、强度和刚性, 采用了短玻璃纤维和无机粒子混杂增强PA66/ U HMWPE/ HDPE-g-MAH (80/ 20/ 20) 。经短玻纤和无机粒子混杂增强后, 材料的拉伸强度、弯曲强度、模量和刚性都明显提高, 同时材料缺口冲击强度保持较高水平, 比尼龙66 提高72.9 %。
2005, 22(2): 63-66.
摘要:
土木工程领域所用环氧树脂基碳纤维与工业化生产的碳纤维复合材料中的碳纤维存在状态有一定的差别, 即土木工程领域的环氧树脂基碳纤维束内部部分碳纤维实际常处于无环氧树脂基状态。对无环氧树脂基的碳纤维束的力-电性能进行了系统的试验研究, 试验结果表明, 无环氧树脂基碳纤维束的电阻变化率随应变增大而线性增加。对无环氧树脂基的碳纤维束的破坏过程进行了分析, 揭示了断裂碳纤维丝与非断裂碳纤维可能存在搭接和不搭接两种状态, 在单根碳纤维丝强度服从Weibull 概率分布的基础上, 建立了能够描述上述两种状态的变结构碳纤维束的力电本构关系模型。通过计算结果与试验结果的比较, 验证了所建立模型的正确性。
土木工程领域所用环氧树脂基碳纤维与工业化生产的碳纤维复合材料中的碳纤维存在状态有一定的差别, 即土木工程领域的环氧树脂基碳纤维束内部部分碳纤维实际常处于无环氧树脂基状态。对无环氧树脂基的碳纤维束的力-电性能进行了系统的试验研究, 试验结果表明, 无环氧树脂基碳纤维束的电阻变化率随应变增大而线性增加。对无环氧树脂基的碳纤维束的破坏过程进行了分析, 揭示了断裂碳纤维丝与非断裂碳纤维可能存在搭接和不搭接两种状态, 在单根碳纤维丝强度服从Weibull 概率分布的基础上, 建立了能够描述上述两种状态的变结构碳纤维束的力电本构关系模型。通过计算结果与试验结果的比较, 验证了所建立模型的正确性。
2005, 22(2): 67-70.
摘要:
利用自行研制的光纤微弯压力测试系统, 对树脂基复合材料热压成型过程进行实时监测。实验结果表明, 该系统除了能较好地反映垂直层板方向压力变化外, 还能提供加压过程树脂流动状态及层板密实达到稳态均匀时间的相关信息。这些结果对确定合理加压点及保压时间、优化工艺参数、控制复合材料成型构件质量具有十分重要的意义。
利用自行研制的光纤微弯压力测试系统, 对树脂基复合材料热压成型过程进行实时监测。实验结果表明, 该系统除了能较好地反映垂直层板方向压力变化外, 还能提供加压过程树脂流动状态及层板密实达到稳态均匀时间的相关信息。这些结果对确定合理加压点及保压时间、优化工艺参数、控制复合材料成型构件质量具有十分重要的意义。
2005, 22(2): 71-77.
摘要:
基于相关领域的研究成果, 在大量实验研究结果的基础上提出了一个无气燃烧的微观非均质的介质模型, 并讨论SHS 非平衡和多过程互反馈的基本燃烧动力学方程。采用数值分析的方法研究了Ti-C-Fe 体系的SHS 快速燃烧的热动力学过程, 合理地解释了实验中观测到的多种燃烧现象。研究结果表明: 压坯相对密度对燃烧特征存在着双重的影响, 压坯相对密度的增加有助于反应速度的加快, 但同时也导致热量传导的加快。因而对一定的体系而言, 压坯相对密度存在一个最佳取值范围。反应组分颗粒的增大会使体系反应速度减缓, 从而导致体系燃烧温度和速度降低, 与相关实验室结果基本一致。上述理论模型的建立为进一步深入研究SHS 过程的基本规律提供了基础。
基于相关领域的研究成果, 在大量实验研究结果的基础上提出了一个无气燃烧的微观非均质的介质模型, 并讨论SHS 非平衡和多过程互反馈的基本燃烧动力学方程。采用数值分析的方法研究了Ti-C-Fe 体系的SHS 快速燃烧的热动力学过程, 合理地解释了实验中观测到的多种燃烧现象。研究结果表明: 压坯相对密度对燃烧特征存在着双重的影响, 压坯相对密度的增加有助于反应速度的加快, 但同时也导致热量传导的加快。因而对一定的体系而言, 压坯相对密度存在一个最佳取值范围。反应组分颗粒的增大会使体系反应速度减缓, 从而导致体系燃烧温度和速度降低, 与相关实验室结果基本一致。上述理论模型的建立为进一步深入研究SHS 过程的基本规律提供了基础。
2005, 22(2): 78-82.
摘要:
制备了一种纸基摩擦材料。通过改装QM1000-Ⅱ型摩擦材料性能试验机的盘车装置, 增添静摩擦力矩曲线数据采集和处理程序, 研究了载荷与纸基摩擦材料摩擦力矩特征的关系和对静、动摩擦系数的影响, 得到了静摩擦力矩曲线图。试验结果表明: 测量静摩擦力矩的持续时间与载荷无关, 静、动摩擦力矩随着加载载荷增加而增大, 静摩擦系数随载荷增加而增大, 动摩擦系数随载荷增加而减小, 自动盘车测得的静摩擦系数准确性和可信度高, 试验结果对设计摩擦材料的使用参数和优化摩擦材料的配方工艺有指导意义。
制备了一种纸基摩擦材料。通过改装QM1000-Ⅱ型摩擦材料性能试验机的盘车装置, 增添静摩擦力矩曲线数据采集和处理程序, 研究了载荷与纸基摩擦材料摩擦力矩特征的关系和对静、动摩擦系数的影响, 得到了静摩擦力矩曲线图。试验结果表明: 测量静摩擦力矩的持续时间与载荷无关, 静、动摩擦力矩随着加载载荷增加而增大, 静摩擦系数随载荷增加而增大, 动摩擦系数随载荷增加而减小, 自动盘车测得的静摩擦系数准确性和可信度高, 试验结果对设计摩擦材料的使用参数和优化摩擦材料的配方工艺有指导意义。
2005, 22(2): 83-86.
摘要:
通过体外模拟天然骨生物矿化和材料自组装的形成机制, 研究制备了类骨羟基磷灰石/ 胶原仿生复合材料并对材料进行了表征。结果表明: 纳米羟基磷灰石均匀分布在胶原基质上并择优取向排列, 该复合材料的成分和微观结构与天然骨类似。
通过体外模拟天然骨生物矿化和材料自组装的形成机制, 研究制备了类骨羟基磷灰石/ 胶原仿生复合材料并对材料进行了表征。结果表明: 纳米羟基磷灰石均匀分布在胶原基质上并择优取向排列, 该复合材料的成分和微观结构与天然骨类似。
2005, 22(2): 87-90.
摘要:
以硫铝酸盐水泥为基体, 铌镁锆钛酸铅(PMN) 陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。重点讨论了复合材料的介电性能和压电性能。结果表明: 水泥基压电复合材料的介电温谱在- 30 ℃～150 ℃范围内较平坦, 表现出优良的介电温度稳定性, 而介电损耗随着温度的升高而增加; 水泥基压电复合材料的压电应变常数和介电常数均随着PMN 含量的增加而增大。
以硫铝酸盐水泥为基体, 铌镁锆钛酸铅(PMN) 陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。重点讨论了复合材料的介电性能和压电性能。结果表明: 水泥基压电复合材料的介电温谱在- 30 ℃～150 ℃范围内较平坦, 表现出优良的介电温度稳定性, 而介电损耗随着温度的升高而增加; 水泥基压电复合材料的压电应变常数和介电常数均随着PMN 含量的增加而增大。
2005, 22(2): 91-97.
摘要:
针对Al2O3 / Al 复合材料中金属相Al 对其高温性能的不利影响, 本试验在高温下将铝合金熔体氧化渗透到注浆成型的SiC/ Ni 多孔预制体中, 制备了Al2O3 / SiC/ Ni/ Al-Si 多相陶瓷基复合材料。借助光学显微镜、电子显微镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、波谱仪( EDS) 等手段分析了预制体和复合材料的相组成、微观结构及界面特征。结果表明, 复合材料的主晶相为Al2O3 与SiC , 相间存在Al (Si) 复合氧化物、NiAl2O4 及Ni 与Al-Si 合金相, 各相界面处成分呈连续过渡变化趋势, 构筑了具有模糊界面特征的多相复合材料。
针对Al2O3 / Al 复合材料中金属相Al 对其高温性能的不利影响, 本试验在高温下将铝合金熔体氧化渗透到注浆成型的SiC/ Ni 多孔预制体中, 制备了Al2O3 / SiC/ Ni/ Al-Si 多相陶瓷基复合材料。借助光学显微镜、电子显微镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、波谱仪( EDS) 等手段分析了预制体和复合材料的相组成、微观结构及界面特征。结果表明, 复合材料的主晶相为Al2O3 与SiC , 相间存在Al (Si) 复合氧化物、NiAl2O4 及Ni 与Al-Si 合金相, 各相界面处成分呈连续过渡变化趋势, 构筑了具有模糊界面特征的多相复合材料。
2005, 22(2): 98-102.
摘要:
TiB2-Cu 系复合材料具有高强度、高导电性, 但TiB2-Cu 体系由于润湿性较差, 制备密实TiB2-Cu 系复合材料非常困难。本文中采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物的特性(温度、燃烧速度及产物等) 的影响, 在此基础上采用自主开发的SHS/ QP 技术制备了致密的TiB2-Cu 块材, 并研究了金属添加剂的影响。研究结果表明, 在体系中添加一定的金属钼或铁, 明显改善了体系的润湿性: 钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀, 大大降低了产物孔隙率。同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸。
TiB2-Cu 系复合材料具有高强度、高导电性, 但TiB2-Cu 体系由于润湿性较差, 制备密实TiB2-Cu 系复合材料非常困难。本文中采用自蔓延高温燃烧合成技术研究了材料体系对合成过程中产物的特性(温度、燃烧速度及产物等) 的影响, 在此基础上采用自主开发的SHS/ QP 技术制备了致密的TiB2-Cu 块材, 并研究了金属添加剂的影响。研究结果表明, 在体系中添加一定的金属钼或铁, 明显改善了体系的润湿性: 钼或铁的加入使产物中金属分布更加均匀, 大大降低了产物孔隙率。同时钼的加入还明显降低了晶粒尺寸。
2005, 22(2): 103-108.
摘要:
为了设计开发轻量型仿生复合材料, 通过对独角仙前翅内部微细结构及其成因的分析探讨, 提出了一种蜂窝-柱子芯轻量型复合材料的三维结构模型, 并列举了若干可能的设计思路, 同时简述了这种仿生结构的优点及其应用前景。分析结果表明: 独角仙整个前翅内部存在完整的网状-小柱结构, 这种网状结构由气囊构成,呈现出生物界的不规则性、多样化, 但可认为大多为类似于蜂窝状的多边形结构。
为了设计开发轻量型仿生复合材料, 通过对独角仙前翅内部微细结构及其成因的分析探讨, 提出了一种蜂窝-柱子芯轻量型复合材料的三维结构模型, 并列举了若干可能的设计思路, 同时简述了这种仿生结构的优点及其应用前景。分析结果表明: 独角仙整个前翅内部存在完整的网状-小柱结构, 这种网状结构由气囊构成,呈现出生物界的不规则性、多样化, 但可认为大多为类似于蜂窝状的多边形结构。
2005, 22(2): 109-115.
摘要:
为获得一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料准静态和动态压缩力学性能, 对其三个主方向(垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向) , 分别利用Inst ron 试验机和SHPB 实验技术, 进行了准静态压缩和动态压缩实验。得到了三个主方向从低应变率(10 -3 / s) 到高应变率(约103 / s) 下的压缩应力2应变曲线和压缩强度, 并通过分析得到了三个主方向上的动态压缩响应特点: 垂直于碳布方向的力学性能及其与应变率的相关性主要由树脂基体所控制; 碳布经向和纬向的力学性能主要由碳纤维所控制, 并且和纤维初始微屈曲相关。最后, 分别给出三个主方向上的压缩强度和弹性模量与应变率相关性的表达式。
为获得一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料准静态和动态压缩力学性能, 对其三个主方向(垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向) , 分别利用Inst ron 试验机和SHPB 实验技术, 进行了准静态压缩和动态压缩实验。得到了三个主方向从低应变率(10 -3 / s) 到高应变率(约103 / s) 下的压缩应力2应变曲线和压缩强度, 并通过分析得到了三个主方向上的动态压缩响应特点: 垂直于碳布方向的力学性能及其与应变率的相关性主要由树脂基体所控制; 碳布经向和纬向的力学性能主要由碳纤维所控制, 并且和纤维初始微屈曲相关。最后, 分别给出三个主方向上的压缩强度和弹性模量与应变率相关性的表达式。
2005, 22(2): 116-120.
摘要:
采用热塑性颗粒对HT7/ 5228 、HT3/ N Y9200G和HT3/ 5224 三种高温固化环氧基体复合材料层压板进行层间增韧。为了提高冲击后压缩强度(CAI) 和考察损伤阻抗, 测试了平均分层起始能量eⅡc以及接触力-凹坑深度关系。试验结果表明, 增韧颗粒和基体树脂形成的层间区域能有效地吸收断裂能量并抑制分层的发生, eⅡc显著提高。在静压痕力下, 层间增韧复合材料层压板具有较深的凹坑深度和较小的损伤面积。层间增韧的几何效应、裂纹传播路径控制、颗粒桥联以及裂尖屏蔽是主要的增韧机理, 颗粒的塑性变形和最终失效也耗散了大量断裂能量。
采用热塑性颗粒对HT7/ 5228 、HT3/ N Y9200G和HT3/ 5224 三种高温固化环氧基体复合材料层压板进行层间增韧。为了提高冲击后压缩强度(CAI) 和考察损伤阻抗, 测试了平均分层起始能量eⅡc以及接触力-凹坑深度关系。试验结果表明, 增韧颗粒和基体树脂形成的层间区域能有效地吸收断裂能量并抑制分层的发生, eⅡc显著提高。在静压痕力下, 层间增韧复合材料层压板具有较深的凹坑深度和较小的损伤面积。层间增韧的几何效应、裂纹传播路径控制、颗粒桥联以及裂尖屏蔽是主要的增韧机理, 颗粒的塑性变形和最终失效也耗散了大量断裂能量。
2005, 22(2): 121-124.
摘要:
利用Eshelby 理论及Mori-Tanaka 平均场原理, 推导出压电陶瓷/ 聚合物两相复合材料的有效电弹模量表达式。该表达式能反映两相材料复合的物理本质。并以椭圆柱形压电纤维增强的聚合物基复合材料为例,分析压电复合材料的电弹耦合特性。结果表明: 复合材料的平均电弹模量在很大程度上取决于电弹耦合效应;该效应与组成相的空间连接型、体积占有率及压电夹杂形状有关; 耦合效应的存在是由各组成相材料性能差异引起的。
利用Eshelby 理论及Mori-Tanaka 平均场原理, 推导出压电陶瓷/ 聚合物两相复合材料的有效电弹模量表达式。该表达式能反映两相材料复合的物理本质。并以椭圆柱形压电纤维增强的聚合物基复合材料为例,分析压电复合材料的电弹耦合特性。结果表明: 复合材料的平均电弹模量在很大程度上取决于电弹耦合效应;该效应与组成相的空间连接型、体积占有率及压电夹杂形状有关; 耦合效应的存在是由各组成相材料性能差异引起的。
2005, 22(2): 125-129.
摘要:
以材料的压电方程为基础, 通过引入Dilute 材料复合模型, 探讨了复合压电材料中不同组元的性能与复合材料压电常数D33的关系。将分析数据与复合压电材料的D33实验数据对照, 找出了几种提高复合材料压电性能的方法: 改善组元的介电匹配以及适量添加第三相高介电材料可显著改善复合材料的压电性能; 组元的尺寸变化也将对材料的压电性能产生一定的影响。
以材料的压电方程为基础, 通过引入Dilute 材料复合模型, 探讨了复合压电材料中不同组元的性能与复合材料压电常数D33的关系。将分析数据与复合压电材料的D33实验数据对照, 找出了几种提高复合材料压电性能的方法: 改善组元的介电匹配以及适量添加第三相高介电材料可显著改善复合材料的压电性能; 组元的尺寸变化也将对材料的压电性能产生一定的影响。
2005, 22(2): 130-136.
摘要:
采用细观力学的分析方法, 从蜂窝夹芯复合材料板中选取代表性的细观胞元, 应用周期性条件、三维有限元方法分析了细观胞元的温度场和应力场, 计算得到宏观热学与力学参数, 还考虑了蜂窝芯内部的辐射换热, 讨论了蜂窝芯对夹芯板宏观导热系数、刚度及热膨胀系数的影响。结果表明: 沿厚度方向导热系数与传统算法比较有较大差异, 刚度参数除D12外都可以由传统公式近似, 而计算热膨胀系数时不能忽略芯层热膨胀的影响。
采用细观力学的分析方法, 从蜂窝夹芯复合材料板中选取代表性的细观胞元, 应用周期性条件、三维有限元方法分析了细观胞元的温度场和应力场, 计算得到宏观热学与力学参数, 还考虑了蜂窝芯内部的辐射换热, 讨论了蜂窝芯对夹芯板宏观导热系数、刚度及热膨胀系数的影响。结果表明: 沿厚度方向导热系数与传统算法比较有较大差异, 刚度参数除D12外都可以由传统公式近似, 而计算热膨胀系数时不能忽略芯层热膨胀的影响。
2005, 22(2): 137-142.
摘要:
为了研究蜂窝夹芯板梁受压塌陷的原因, 建立了圆柱形胞元蜂窝夹芯胞元壳的轴向受压理论分析模型, 推导了圆柱形胞元蜂窝夹芯板梁临界压应力的计算公式, 提出了一种全新的迭代优化设计方法, 给出了一套较完整的分析设计理论。通过用3D 有限元数值模拟技术, 对铝质圆柱形蜂窝胞元壳进行模拟, 结果与公式的计算值吻合较好。该研究对进一步完善蜂窝夹芯板梁理论提供依据。
为了研究蜂窝夹芯板梁受压塌陷的原因, 建立了圆柱形胞元蜂窝夹芯胞元壳的轴向受压理论分析模型, 推导了圆柱形胞元蜂窝夹芯板梁临界压应力的计算公式, 提出了一种全新的迭代优化设计方法, 给出了一套较完整的分析设计理论。通过用3D 有限元数值模拟技术, 对铝质圆柱形蜂窝胞元壳进行模拟, 结果与公式的计算值吻合较好。该研究对进一步完善蜂窝夹芯板梁理论提供依据。
2005, 22(2): 143-147.
摘要:
根据壳元的几何形状规定, 推导了壳元几何关系公式; 假设温度沿壳元厚度是二次多项式分布, 在给定边界条件下, 推导了壳元温度函数表达式; 根据传热定理和有限元离散原理, 推导了复合材料热传导系数从材料坐标系到有限元分析的等参元正则坐标系的变换关系, 建立了各向异性复合材料层合板的有限元热分析列式; 通过积分变换, 推导了三维退化热壳元公式。在此工作基础上, 编制了有限元计算程序, 将计算结果和ANSYS 计算结果进行了比较, 结果吻合较好。经证明, 三维退化热壳元可以节省内存和提高计算效率。
根据壳元的几何形状规定, 推导了壳元几何关系公式; 假设温度沿壳元厚度是二次多项式分布, 在给定边界条件下, 推导了壳元温度函数表达式; 根据传热定理和有限元离散原理, 推导了复合材料热传导系数从材料坐标系到有限元分析的等参元正则坐标系的变换关系, 建立了各向异性复合材料层合板的有限元热分析列式; 通过积分变换, 推导了三维退化热壳元公式。在此工作基础上, 编制了有限元计算程序, 将计算结果和ANSYS 计算结果进行了比较, 结果吻合较好。经证明, 三维退化热壳元可以节省内存和提高计算效率。
2005, 22(2): 148-159.
摘要:
众所周知, 各向同性材料结构的极限分析与设计只需一个应力强度条件(如采用第一或者第四强度理论) 。但是在复合材料的情况下, 问题要复杂得多。本文中提出除了一个应力强度条件之外, 还须补充一个临界变形条件或者称为临界刚度条件才可以确定复合材料结构在横向载荷作用下的极限破坏状态的观点。对本文作者近期在这方面的研究工作作了介绍, 尤其侧重介绍如何确定复合材料结构的极限承载能力, 并指出复合材料结构受有横向载荷作用的一些有待研究解决的紧迫问题。
众所周知, 各向同性材料结构的极限分析与设计只需一个应力强度条件(如采用第一或者第四强度理论) 。但是在复合材料的情况下, 问题要复杂得多。本文中提出除了一个应力强度条件之外, 还须补充一个临界变形条件或者称为临界刚度条件才可以确定复合材料结构在横向载荷作用下的极限破坏状态的观点。对本文作者近期在这方面的研究工作作了介绍, 尤其侧重介绍如何确定复合材料结构的极限承载能力, 并指出复合材料结构受有横向载荷作用的一些有待研究解决的紧迫问题。
2005, 22(2): 160-165.
摘要:
根据均匀场理论分析3-3 型压电复合材料代表体积胞元, 通过罚函数方法引入周期性边界条件, 建立了3-3 型压电复合材料的有限元模型。数值计算结果与已有实验结果基本一致, 验证了模型的合理性, 并与解析解进行了对比, 表明该有限元模型能更精确地描述3-3 型复合材料的有效性能常数。用所建模型分析了基体相体积分数、复合材料基体泊松比、弹性模量和复合材料基体分布形状等参数对静水压压电常数值和静水压灵敏值的影响。
根据均匀场理论分析3-3 型压电复合材料代表体积胞元, 通过罚函数方法引入周期性边界条件, 建立了3-3 型压电复合材料的有限元模型。数值计算结果与已有实验结果基本一致, 验证了模型的合理性, 并与解析解进行了对比, 表明该有限元模型能更精确地描述3-3 型复合材料的有效性能常数。用所建模型分析了基体相体积分数、复合材料基体泊松比、弹性模量和复合材料基体分布形状等参数对静水压压电常数值和静水压灵敏值的影响。
2005, 22(2): 166-171.
摘要:
复合材料格栅加筋结构优化设计是一个属于多工况、多约束、连续变量和非连续变量混合的优化问题。对遗传算法与单纯形法作了相应的改进, 利用外罚函数法将受稳定性约束和应变约束的多约束优化问题转化为无约束优化。在此基础上, 提出了一种遗传算法与单纯形法相结合的混合遗传算法, 通过与其它文献结果和传统遗传算法结果对比, 证实了混合遗传算法的有效性。以受均匀侧压时复合材料格栅圆柱壳优化设计为例,分别讨论了不同格栅类型和有、无强度约束时的优化结果。分析表明, 整体稳定性是控制该结构安全度的最主要约束因素。本算法具有高效和方便的特点。
复合材料格栅加筋结构优化设计是一个属于多工况、多约束、连续变量和非连续变量混合的优化问题。对遗传算法与单纯形法作了相应的改进, 利用外罚函数法将受稳定性约束和应变约束的多约束优化问题转化为无约束优化。在此基础上, 提出了一种遗传算法与单纯形法相结合的混合遗传算法, 通过与其它文献结果和传统遗传算法结果对比, 证实了混合遗传算法的有效性。以受均匀侧压时复合材料格栅圆柱壳优化设计为例,分别讨论了不同格栅类型和有、无强度约束时的优化结果。分析表明, 整体稳定性是控制该结构安全度的最主要约束因素。本算法具有高效和方便的特点。
