编织结构三维仿真及其对C/SiC复合材料性能的影响

以连续碳纤维增强的碳化硅复合材料为研究对象,利用计算机仿真技术实现了纤维预制体结构的三维仿真;同时采用CVD PIP联合工艺制备了2.5D与三维四向2种结构的C/SiC复合材料,研究了预制体结构与复合材料力学性能之间的关系。结果表明:三维四向编织结构C/SiC复合材料的x向弯曲强度达到399.2 MPa,层间剪切强度达到38.1 MPa,断裂韧性达到16.0 MPa.m1/2,各项力学性能均高于2.5D编织结构的C/SiC复合材料的力学性能。     

连续碳纤维增强碳化硅复合材料的制备与性能研究

利用自加热化学气相渗积法制备了连续碳纤维增强的碳化硅陶瓷基复合材料,分析研究了复合材料致密度和涂层厚度对复合材料力学性能的影响,同时运用SEM对复合材料的微观结构进行了表征.研究结果表明:随着致密度的提高,复合材料的力学性能有了明显改善,密度为1.93 g/cm3时,弯曲强度达到382.2 MPa,断裂韧性达到9.2 MPa*m1/2;碳涂层的厚度对复合材料的力学性能有较大影响,涂层厚度在0.35 μm时,弯曲强度达到231.9 MPa,在0.55 μm时,断裂韧性达到10.4 MPa*m1/2.     

三维编织碳/碳复合材料高温力学及疲劳试验研究

在大气环境下,对有抗氧化涂层的非切边和切边三维(3D)四向碳/碳复合材料在室温、800和900℃下进行编织纵向拉伸试验,得到了相应工况下的弹性模量、拉伸强度以及应力-应变曲线;在800℃下对两种试件进行编织纵向拉/拉疲劳试验,得到了疲劳寿命数据以及剩余刚度随循环载荷的变化规律。采用扫描电子显微镜(SEM)对破坏后的试件断口进行观察研究,分析材料拉伸破坏机制以及疲劳破坏机制。结果表明:三维四向碳/碳复合材料的拉伸强度和弹性模量随着温度的升高而增大,非切边试件的力学性能优于切边试件;三维四向碳/碳复合材料剩余刚度随循环载荷先增加而后减小;材料的拉伸破坏形式以纤维拉伸为主,温度升高后,断口出现纤维束成簇拔出现象,疲劳破坏形式以纤维拉伸为主并伴随一定的纤维簇拔出和基体分层现象。     

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.     

维尼纶纤维增强石膏基复合材料力学性能研究

研究了石膏基复合材料的结构、耐水机理和物理力学性能.结合弯曲载荷变形曲线,分析了维尼纶纤维增强石膏基复合材料的断裂机理;利用扫描电子显微镜,分析了复合材料界面性能.结果表明:石膏基复合材料实现了单一的结晶到晶胶共生的结构转变,材料的强度和耐水性得到改善;维尼纶纤维能提高复合材料的抗折强度、断裂能、断裂韧性和冲击韧度;维尼纶纤维增强石膏基复合材料断裂过程可分为3个阶段:基体断裂、纤维脱粘和纤维拔出;纤维和基体间界面结合强度较弱.     

碳纤维增强TLCP复合材料的结构与性能

用不同类型的碳纤维(CF)增强热致性液晶聚合物(TLCP)制备了高性能复合材料;探讨了纤维含量、纤维类型对复合材料力学性能和微观结构的影响.实验结果表明,CF(连续纤维)/TLCP复合材料的拉伸强度最大可达385 MPa,比纯液晶材料提高60%;弯曲强度最大为242 MPa,冲击强度达到29 912 J@m-2,布氏硬度为20,热变形温度高达203℃.CF/TLCP复合材料的力学性能受纤维类型的影响,连续碳纤维布增强的复合材料各项力学性能指标高于短切碳纤维增强复合材料.扫描电镜结果证实了液晶聚合物在加工过程中沿纤维方向发生自取向,形成了微纤结构,具有自增强作用.     

涂层对三维碳纤维编织体/Al2O3陶瓷复合材料性能的影响

从自制的SiO2和SiC涂层/三维碳纤维编织体出发,采用溶胶浸渍-原位分解法得到三维碳纤维编织体/涂层/Al2O3陶瓷复合材料.采用等温氧化失重、XRD、SEM、电子拉伸试验等测试手段研究了涂层对碳纤维编织体抗氧化性、复合材料力学性能的影响及复合材料的强韧化机理.结果表明:涂层可明显提高碳纤维编织体的抗氧化性能;梯度SiC涂层可明显改善纤维与陶瓷颗粒的界面结合性能,使复合材料的强度、断裂韧性和弹性模量分别增加5~10倍,材料的断裂呈层间紧密的复合断裂;裂纹扩展和断口分析表明,复合材料的强韧化机理为Cf的拔出、桥接和诱导裂纹偏转.     

Al_2O_3/SiC纳米陶瓷复合材料的制备及力学性能

采用一次粒径分别为10nm和15nm的αAl2O3和SiC粉体为原料,制备了Al2O3/SiC纳米陶瓷复合材料·纳米SiC颗粒明显抑制Al2O3基体晶粒的长大,SiC体积分数超过4%时,材料的断裂方式由沿晶断裂变为穿晶断裂·随SiC含量的增加,Al2O3/SiC纳米复合材料的硬度增大·材料的弯曲强度和断裂韧性在SiC体积分数为5%时达到最大值·最大三点弯曲强度和断裂韧性分别为641MPa和47MPam1/2,明显高于热压单相Al2O3陶瓷(344MPa和31MPam1/2)·复合材料的强化主要来源于内晶颗粒残余应力强化和晶粒细化...     

PET废纤/竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料的力学性能与吸水性能

采用平板模压成型方法制备聚对苯二甲酸乙二醇酯是(PET)废纤/竹原纤维增强不饱和聚酯复合材料,研究纤维梳理方式及不同质量比对复合材料力学性能与吸水性能的影响。结果表明:相同纤维比例、不同纤维梳理方式的复合材料拉伸强度无显著差异;纤维混合梳理的复合材料弯曲强度和弯曲模量均显著高于分别梳理的复合材料;纤维分别梳理的复合材料耐水性能优于纤维混合梳理的复合材料。动态机械热分析显示:复合材料储能模量随竹原纤维含量增加而增加,PET纤维含量的增加使复合材料阻尼效应增加。复合材料吸水动力学表明:水分在竹原纤维比例高且分别梳理的复合材料内部的扩散符合Fick定律;而水分在竹原纤维比例低且纤维混合梳理的复合材料内部的扩散行为不符合Fick定律。     

碳纳米管增强环氧树脂基复合材料的制备及其力学性能

通过对多壁碳纳米管进行表面处理,用超声分散和模具浇注成型法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料。研究了碳纳米管含量和表面处理对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了碳纳米管对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度及模量先增加后减小;当碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别达到最大值69.8MPa、136.9MPa和3.72GPa,比纯环氧树脂提高了33.9%、29.3%和4.8%;当碳纳米管的质量分数为1.5%时,拉伸模量达到最大值2050.5MPa,比纯环氧树脂提高了7.3%。