氧化铝增强混杂纤维复合材料传动轴微波固化性能研究

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多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理

多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料的制备及其强韧化机理摘要：随着材料科学技术的不断发展，铝基复合材料受到了广泛关注。

本文以铝为基体，采用多尺度双结构Al3Ti颗粒增强技术制备了铝基复合材料，并研究了其强韧化机理。

通过SEM、TEM、XRD等手段对制备材料的微观结构进行了表征，并对其力学性能进行了测试。

结果显示，多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料具有优异的强度和韧性，具备广阔的应用前景。

关键词：复合材料；Al3Ti颗粒；多尺度结构；强韧化机理1. 引言铝及其合金是重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有广泛应用。

然而，纯铝的力学性能有限，不适合于高强度和高刚度的要求。

为了提高铝材料的力学性能，研究人员提出了多种增强方法，其中包括颗粒增强、纤维增强等。

2. 实验方法本实验所使用的原料包括纯铝粉、TiH2粉末和纳米Al3Ti颗粒。

首先，将纯铝粉和TiH2粉末按一定比例混合，并在氩气保护下进行球磨。

然后将球磨后的混合粉末与纳米Al3Ti颗粒进行干法混合，并在精细球磨机中继续球磨。

最后，将球磨后的混合粉末放入真空感应熔炼炉中，在熔炼温度下进行熔炼，得到Al3Ti颗粒分散均匀的铝基复合材料。

3. 结果与讨论通过SEM和TEM观察，发现制备的铝基复合材料中Al3Ti颗粒分布均匀，呈现多尺度双结构。

XRD分析结果显示，Al3Ti颗粒的晶体结构与单晶体相同。

力学性能测试表明，多尺度双结构Al3Ti颗粒增强铝基复合材料具有优异的强度和韧性。

其强韧化机理主要包括以下几个方面：3.1 Al3Ti颗粒的强化效应Al3Ti颗粒在铝基复合材料中具有很高的强化效应。

其颗粒形态可以有效阻碍晶体的滑移和蠕化，提高材料的塑性变形能力。

3.2 多尺度结构的协同效应本实验中采用了多尺度结构的Al3Ti颗粒增强技术，通过控制颗粒大小和分布范围，能够有效提高材料的综合力学性能。

透波材料及纤维增强透波复合材料的研究进展

透波材料及纤维增强透波复合材料的研究进展
林道晴;张琪凯;侯振华;吴佳奇;支亚芳;侯建华
【期刊名称】《现代化工》
【年(卷),期】2024(44)5
【摘要】介绍了石英陶瓷透波材料、氮化硅陶瓷透波材料、氧化硅纤维增强透波复合材料、氧化铝纤维增强透波复合材料、氮化硅纤维增强透波复合材料在力学性能、介电性能、烧蚀性能等各方面的综合性能,并详细综述了透波材料应用于航空航天领域的国内外研究成果及难点。

【总页数】5页(P39-43)
【作者】林道晴;张琪凯;侯振华;吴佳奇;支亚芳;侯建华
【作者单位】扬州大学环境科学与工程学院;北京新风航天装备有限公司;江西信达航科新材料科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
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复合材料习题答案

1. 简述复合材料的分类。

简述复合材料的分类形式。

P2~3 按增强材料分类：<1>连续纤维复合材料；<2>短纤维复合材料；<3>粒状填料复合材料；<4>编织复合材料。

按增强纤维种类分类：<1>玻璃纤维复合材料；<2>碳纤维复合材料；<3>有机纤维复合材料；<4>金属纤维复合材料；<5>陶瓷纤维复合材料。

按基体材料分类：<1>聚合物基复合材料；<2>金属基复合材料；<3>无机非金属基复合材料。

按材料作用分类：<1>结构复合材料；<2>功能复合材料。

2. 简述金属基复合材料的界面结合方式。

金属基复合材料界面结合方式有化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合。

总的来讲，金属基体复合材料界面以化学结合为主，有时也会出现几种界面结合方式共存。

3. 增强体的基本特征是什么？增强体的特征：（1）具有能明显提高基体某种所需的特殊性能；（2）增强体应具有稳定的化学性质；（3）与基体有良好的润湿性4. 聚合物用作基体材料时的作用是什么？二.聚合物基体材料的组分和作用1合成树脂按热行为可分为热固性树脂和热塑性树脂。

按树脂特性及用途分为：一般用途树脂、耐热性树脂、耐候性树脂、阻燃树脂等。

2对工艺性能的影响对增强材料的浸渍铺层性能固化过程成型方法按成型工艺分为：手糊用树脂、喷射用树脂、缠绕用树脂、拉挤用树脂、RTM用树脂、SMC用树脂等5. 简述金属基复合材料的性能特征？金属基复合材料的增强体主要有纤维、晶须和颗粒，这些增强体主要是无机物（陶瓷）和金属。

无机纤维主要有碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硅纤维等。

金属纤维主要有铍、钢、不锈钢和钨纤维等。

用于增强金属复合材料的颗粒主要是无机非金属颗粒，主要包括石墨、碳化硅、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼等。

氧化铝

氧化铝氧化铝，又称三氧化二铝，俗称“矾土”。

是一种白色无定形粉状物。

与氧化铝有关的基本知识因氧化铝有不同的晶形，它可能属于不同的晶体类型：刚玉型晶体接近于原子晶体，其它晶型的基本上是离子晶体。

熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm。

它难溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。

它是铝电解生产中的主要原料，化学反应方程式为：2Al2O3=4Al+3O2。

工业上可从铝土矿中提取，化学方程式：溶解：将铝土矿溶于NaOH:Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,过滤：除去残渣氧化铁，铝硅酸钠等酸化：向滤液中通入CO2.NaAlO2+CO2+H2O=Al(OH)3+NaHCO3.过滤，灼烧Al(OH)32Al(OH)3=Al2O3+3H2O.注释：电解时为使氧化铝融熔温度减低，在其中添加冰晶石电解：2Al2O3=4Al+3O2。

它有四种同素异构体β－氧化铝δ－氧化铝γ－氧化铝α－氧化铝，主要有α型和γ型两种变体，α型氧化铝熔点、沸点很高，不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基．γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶．γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝．γ型氧化铝活性高吸附能力强，耐压性好．在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂，其干燥能力不亚于五氧化二磷，使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用．我们所熟知的纯净的金属铝与空气中的氧气所生成的一层致密的氧化铝薄膜便是α型氧化铝。

我们所熟知的红宝石、蓝宝石的主成份也为氧化铝，但因为其它杂质而呈现不同的色泽。

氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展

第42卷第11期2023年11月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.11November,2023氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展孙敬伟1,王洪磊1,2,周新贵1(1.国防科技大学空天科学学院,新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室,长沙㊀410073;2.中南大学轻质高强结构材料重点实验室,长沙㊀410083)摘要:与传统金属材料相比,氧化铝纤维增强氧化铝基(Al 2O 3/Al 2O 3)复合材料因具有比强度高㊁密度低㊁耐高温和抗氧化等特点,已经成为新一代备受国内外学者关注的航空航天热结构复合材料㊂本文介绍了目前常用的氧化铝纤维及其基本性能,总结了Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中常用的界面相及其对复合材料性能的影响规律,归纳了Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的制备工艺及性能,指出了该材料未来的发展趋势,旨在为国内Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的研究提供借鉴和参考,促进Al 2O 3/Al 2O 3复合材料在航空航天领域热端高温部件上的广泛应用㊂关键词:氧化铝;复合材料;纤维;界面相;制备工艺中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)11-4092-21Research Progress of Al 2O 3Fiber Reinforced Al 2O 3Matrix CompositesSUN Jingwei 1,WANG Honglei 1,2,ZHOU Xingui 1(1.Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory,College of Aerospace Science andEngineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China;2.National Key Laboratory of Scienceand Technology on High-Strength Structural Materials,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract :Compared with traditional metal material,Al 2O 3fiber reinforced Al 2O 3matrix (Al 2O 3/Al 2O 3)composites have become a new generation of thermos-structured composites for aerospace that have attracted much attention from scholars all over the world due to their high specific strength,low density,high temperature resistance and oxidation resistance.This paper introduces the commonly used Al 2O 3fibers and their basic properties,summarizes the frequently used interfacial phases in Al 2O 3/Al 2O 3composites and their influence on performance of composites,summarizes the preparation process of Al 2O 3/Al 2O 3composites and their properties,and points out the future development trend of this material,aiming toprovide a reference for the research of Al 2O 3/Al 2O 3composites in China and promote the widespread application of Al 2O 3/Al 2O 3composites in high-temperature components at the hot side of aerospace industry.Key words :Al 2O 3;composite;fiber;interfacial phase;manufacturing process 收稿日期:2023-06-02;修订日期:2023-08-03基金项目:中南大学轻质高强结构材料重点实验室开放课题基金(SYSJJ202104)作者简介:孙敬伟(2000 ),男,硕士研究生㊂主要从事陶瓷基复合材料方面的研究㊂E-mail:sunjingwei0120@通信作者:王洪磊,博士,副教授㊂E-mail:honglei.wang@ 0㊀引㊀言连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度㊁高强度㊁高模量㊁耐高温和抗磨损等特点[1-4],已被应用于航空航天发动机热端等关键部件[5-7]㊂在发动机实际工况下,高温燃气中的水蒸气会加速航空发动机热端复合材料部件的氧化[8-10],从而减弱复合材料的力学性能和可靠性[11-14]㊂氧化铝纤维增强氧化铝复合材料(简称Al 2O 3/Al 2O 3复合材料)相较于其他陶瓷基复合材料具有较好的抗水蒸气氧化性能[14-17],有效解决了陶瓷基复合材料在特定环境下易氧化的问题,极大拓宽了陶瓷基复合材料在航空航天等领域的应用[16,18-19]㊂目前Al 2O 3/Al 2O 3复合材料作为航空航天领域热端高温部件的新兴候选材料受到了国内外学者的广泛关注[17,20-21]㊂国外对Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的研究起步较早,现已对Al 2O 3/Al 2O 3复合材料的制备技术㊁微观结构及第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4093㊀性能展开了系统的基础研究,并进入了工程应用阶段[22-24]㊂美国CHI(Composites Horizons)公司制备的Al2O3/Al2O3复合材料中心锥㊁混合器和核心整流罩部件成功应用到了GE-passport20发动机中,是Al2O3/ Al2O3复合材料在商用航空发动机中最早的应用㊂美国在CLEEN项目[22]中成功制备了Al2O3/Al2O3复合材料中心锥和喷管部件,组成了航空发动机排气部件(中心锥宽1.14m㊁高2.34m,喷管直径1.60m),是迄今为止尺寸最大的Al2O3/Al2O3复合材料航空发动机部件,该部件已完成装机测试,达到TRL(Technology Readiness Level)7水平,进入了最终完善阶段㊂此外美国的罗㊃罗AE3007发动机[25]㊁F414发动机等也都装配了Al2O3/Al2O3复合材料部件㊂德国在HiPOC项目[24,26]成功制备了Al2O3/Al2O3复合材料燃烧室衬套,完成了模拟发动机推力90%的测试,衬套整体保持完整㊂在此基础上,德国DLR[23,27]制备了WHIPOX-Al2O3/ Al2O3复合材料燃烧室衬套,该衬套经10h模拟环境考核后出现裂纹,但部件整体完整,没有出现灾难性破坏㊂同时,Al2O3/Al2O3复合材料也被广泛应用于民用工业领域㊂德国WPS公司[28-29]在Al2O3/Al2O3复合材料部件的工业开发与应用制造方面具有丰富的经验,制备了高温炉部件㊁汽车排气系统㊁陶瓷紧固件和太阳能吸收器等一系列复杂形态Al2O3/Al2O3复合材料部件,其中高温炉部件经500~780ħ的温差热震试验循环107次后未失效,同时,太阳能吸收器热部件的直径可达2.5m,是目前最大的Al2O3/Al2O3复合材料部件㊂受限于高性能Al2O3纤维原材料,我国对Al2O3/Al2O3复合材料的研究起步较晚,虽然近年来在Al2O3/ Al2O3复合材料应用领域取得了一定进展,但仍处于基础研究阶段,尚有许多应用问题需要解决[30-32]㊂本文从氧化铝纤维㊁界面相和复合材料制备工艺的角度出发,重点介绍了Al2O3/Al2O3复合材料制备技术及性能,指出了这一领域未来的发展趋势,期望为国内Al2O3/Al2O3复合材料研究领域的发展提供一些参考㊂1㊀氧化铝连续纤维氧化铝连续纤维的研究始于20世纪70年代,目前只有美国㊁日本㊁德国和中国等国家掌握了其制造技术[33]㊂美国3M公司在1974年首次通过溶胶-凝胶法制备了氧化铝纤维,经过不断优化,推出了Nextel系列氧化铝纤维,其中Nextel610纤维和Nextel720纤维是目前应用最广泛的氧化铝纤维[11,34-35]㊂1.1㊀Nextel610氧化铝纤维Nextel610氧化铝纤维的主要成分为α-Al2O3,含有低于1%(质量分数,下同)的Fe3O4和SiO2,为单相多晶氧化铝纤维㊂在纤维制备过程中,Fe3O4有效提高了α-Al2O3的形核率,降低了α-Al2O3的相变温度, SiO2有效减小了α-Al2O3晶粒的生长速率㊂在Fe3O4和SiO2的共同作用下,氧化铝纤维的烧结温度显著降低且致密度明显上升㊂Nextel610氧化铝纤维是目前室温拉伸强度和拉伸模量最高的氧化铝纤维,但高温处理后纤维中α-Al2O3晶粒迅速长大,纤维缺陷增多,力学性能明显下降㊂Nextel610氧化铝纤维的基础性能如表1所示㊂表1㊀Nextel610氧化铝纤维的基础性能Table1㊀General properties of Nextel610Al2O3fiberTrademark Component Diameter/μm Density/(g㊃cm-3)Tensilestrength/GPaTensilemodulus/GPaFracturestrain/%Nextel61099.0%α-Al2O30.7%Fe3O40.3%SiO210~12 3.90 3.103800.50在高温条件下,Nextel610氧化铝纤维晶粒会显著长大,晶粒生长速率受保温时间影响较大㊂Schmücker 等[36]对Nextel610氧化铝纤维在1300ħ热处理过程中的晶粒长大机制进行了详细研究,发现Nextel610氧化铝纤维中的掺杂元素在α-Al2O3晶界附近偏聚,使得α-Al2O3晶界迁移率降低,α-Al2O3晶粒生长速率较小㊂根据等温生长动力学计算公式(式(1))可得Nextel610氧化铝纤维的生长指数nʈ4,Nextel650和Nextel720氧化铝纤维的生长指数nʈ7㊂但由于Nextel610氧化铝纤维中没有第二相成分抑制晶粒生长, Nextel610氧化铝纤维相较于另外两种氧化铝纤维在高温条件下的晶粒生长速率受保温时间影响较大(如图1所示)㊂根据生长指数n㊁α-Al2O3的晶粒尺寸和温度的关系,计算出了Nextel610氧化铝纤维的晶粒生4094㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图1㊀氧化铝纤维1300ħ热处理后晶粒尺寸与保温时间的关系[36]Fig.1㊀Relationship between grain size and dwell time of Al 2O 3fibers heat-treated at 1300ħ[36]长活化能约为660kJ㊃mol -1㊂D n -D n 0=K (T )ˑt (1)式中:D 为热处理后晶粒尺寸,D 0为原始晶粒尺寸,K为反应常数,t 为热处理时间,n 为生长指数,理想状态下n 为2[37]㊂Nextel 610氧化铝纤维经高温处理后晶粒会显著长大,力学性能下降㊂姜如等[35]对Nextel 610氧化铝纤维在1000~1400ħ进行热处理后发现,纤维经1200ħ热处理后的表面晶粒尺寸明显增大;当热处理温度为1400ħ时,纤维表面缺陷明显增多,纤维经不同温度热处理后的表面形貌如图2所示㊂对不同温度热处理后的纤维进行拉伸强度测试发现,随着热处理温度的升高,纤维的拉伸强度逐渐降低㊂当热处理温度为1200ħ时,纤维的拉伸强度发生突变,强度保留率仅为71.15%㊂不同温度热处理后纤维的晶粒尺寸与拉伸强度关系如图3所示㊂图2㊀不同温度热处理后Nextel 610氧化铝纤维的表面形貌[35]Fig.2㊀Surface morphologies of Nextel 610Al 2O 3fibers heat-treated at different temperatures [35]Nextel 610氧化铝纤维的高温力学性能随测试温度变化显著㊂美国3M 公司[38]报道了Nextel 610氧化铝纤维的高温力学性能,如图4所示㊂由图4可知,Nextel 610氧化铝纤维在1200ħ之前强度较高,强度保留率在95%以上;1300ħ时强度下降明显,强度保留率降低至64%;1400ħ时的强度保留率仅为30.2%㊂这主要是因为Nextel 610氧化铝纤维是单相纤维,在较高的温度下晶粒快速长大,导致强度迅速下降㊂第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4095㊀图3㊀不同温度热处理后Nextel 610氧化铝纤维晶粒尺寸和拉伸强度关系[35]Fig.3㊀Relationship between grain size and tensile strength of Nextel 610Al 2O 3fiber heat-treated at different temperatures[35]图4㊀Nextel 系列氧化铝纤维的高温力学性能[38]Fig.4㊀High temperature mechanical properties of Nextel series Al 2O 3fiber [38]㊀Nextel 610氧化铝纤维的抗蠕变性能较差,在不同环境热处理后其蠕变性能有明显差异㊂Armain 等[39]研究了1100ħ时Nextel 610氧化铝纤维分别在空气和水汽气氛下的蠕变行为,发现当蠕变应力为100MPa 时,Nextel 610氧化铝纤维在两种气氛下的寿命都超过100h,水汽气氛下的蠕变应变为空气气氛下的5倍㊂而当蠕变应力为200~500MPa 时,水汽气氛下的蠕变应变略低于空气气氛下的蠕变应变,Nextel 610氧化铝纤维在不同气氛下的蠕变曲线如图5所示㊂水汽显著增加了Nextel 610纤维的蠕变速率,当蠕变应力为100~500MPa 时,纤维在水汽气氛下的蠕变速率较空气气氛下的蠕变速率高近一个数量级㊂图5㊀1100ħ下Nextel 610氧化铝纤维在不同气氛中的蠕变曲线[39]Fig.5㊀Creep curves of Nextel 610Al 2O 3fiber in different atmosphere at 1100ħ[39]1.2㊀Nextel 720氧化铝纤维Nextel 720氧化铝纤维主要含α-Al 2O 3和SiO 2,其中SiO 2的含量约为15%[35]㊂在纤维烧成过程中SiO 2与α-Al 2O 3反应生成莫来石,莫来石可在α-Al 2O 3晶界处聚集,形成莫来石包围α-Al 2O 3的结构,有效抑制了α-Al 2O 3晶粒的生长,明显提高了纤维的抗蠕变性能㊂Nextel 720氧化铝纤维的性能如表2所示㊂表2㊀Nextel 720氧化铝纤维的基础性能Table 2㊀General properties of Nextel 720A 2O 3fiberTrademark Component Diameter /μm Density /(g㊃cm -3)Tensile strength /GPa Tensile modulus /GPa Fracture strain /%Nextel 72085.0%α-Al 2O 315.0%SiO 210~12 3.40 2.102600.81与Nextel 610氧化铝纤维类似,高温热处理可使Nextel 720氧化铝纤维的晶粒长大,尤其在高于1600ħ的温度下,Nextel 720氧化铝纤维晶粒长大明显㊂Schmücker 等[36]在1500~1700ħ对Nextel 7204096㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图6㊀Nextel 720氧化铝纤维在1500~1700ħ热处理时晶粒尺寸与保温时间的关系[36]Fig.6㊀Relationship between grain size and dwell time of Nextel 720Al 2O 3fiber heat-treated at 1500~1700ħ[36]氧化铝纤维进行热处理,晶粒尺寸随时间的变化如图6所示㊂由图6可以看出,1600ħ以下的氧化铝纤维晶粒长大不明显,1600ħ以上氧化铝纤维晶粒显著长大㊂根据式(1)计算得到1600ħ以下莫来石晶粒的生长指数n ʈ12,1600ħ以上莫来石晶粒的生长指数n ʈ3,均在典型的陶瓷晶粒生长指数区间内[37]㊂因此当热处理温度低于1600ħ时,Nextel 720氧化铝纤维中的晶粒长大主要为α-Al 2O 3晶粒的生长,莫来石晶粒几乎不长大,并且由于莫来石的存在,α-Al 2O 3晶粒的生长受到抑制㊂当热处理温度高于1600ħ时,Nextel 720氧化铝纤维中晶粒长大主要来源于莫来石晶粒的生长㊂高温热处理会对Nextel 720氧化铝纤维的拉伸强度产生显著影响㊂郑周等[31]通过对Nextel 720氧化铝纤维热处理后发现,当热处理温度为1300ħ时,莫来石相由伪四方结构逐渐转变为斜方结构,氧化铝晶体从莫来石晶体中析出㊂观察纤维热处理后的表面形貌发现,1100ħ热处理后纤维表面由颗粒状α-Al 2O 3晶体和条状的莫来石晶体混杂形成,1300ħ热处理后的纤维表面颗粒状α-Al 2O 3晶体显著长大为块状晶体,与条状莫来石晶体镶嵌分布,不同温度热处理后的纤维表面形貌如图7所示㊂对不同温度热处理后的纤维拉伸强度进行测试后发现,随着热处理温度的升高,纤维的拉伸强度逐渐下降㊂1100ħ热处理后纤维室温拉伸强度下降明显,强度保留率为64.48%;1300ħ热处理后的纤维拉伸强度保留率降为54.10%㊂图7㊀不同温度热处理的Nextel 720氧化铝纤维表面形貌[31]Fig.7㊀Surface morphologies of Nextel 720Al 2O 3fiber heat-treated at different temperatures [31]Nextel 720氧化铝纤维的高温力学性能也随测试温度的升高而显著降低㊂美国3M 公司[38]报道了Nextel 720氧化铝纤维的高温力学性能,如图4所示㊂由图4可知,当测试温度低于1200ħ时,Nextel 720氧化铝纤维高温拉伸性能低于Nextel 610氧化铝纤维,这是因为在1200ħ前,Nextel 610氧化铝纤维晶粒长大不明显,纤维拉伸强度保留率较高;当测试温度高于1200ħ时,Nextel 610氧化铝纤维晶粒明显长大,拉伸强度明显下降,而Nextel 720氧化铝纤维晶粒长大不明显,导致Nextel 720氧化铝纤维在1200ħ以上高㊀第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4097温拉伸性能高于Nextel610氧化铝纤维㊂Nextel720氧化铝纤维的抗老化性能优于Nextel610氧化铝纤维㊂根据3M公司的报道[38],Nextel720氧化铝纤维在不同温度下暴露1000h后的拉伸强度和晶粒尺寸关系如图8所示㊂相较于Nextel610氧化铝纤维,Nextel720氧化铝纤维长时间高温暴露后的强度保留率较高,晶粒尺寸增长较缓慢㊂这得益于莫来石相减少了α-Al2O3的晶界滑移,且有助于钉扎晶粒,使Nextel720氧化铝纤维的抗热老化性能增强㊂图8㊀不同温度暴露1000h后Nextel720氧化铝纤维拉伸强度和晶粒尺寸[38]Fig.8㊀Tensile strength and grain size of Nextel720fiber exposured1000h at different temperatures[38] Nextel720氧化铝纤维的抗蠕变性能较好,但不同高温环境对Nextel720氧化铝纤维的蠕变性能的影响显著不同㊂Armain等[40]研究了Nextel720氧化铝纤维在空气和水汽气氛下不同温度时的蠕变行为,发现当蠕变应力为400MPa㊁热处理温度为1100ħ时,Nextel720氧化铝纤维在水汽气氛下的蠕变应变约为空气气氛下蠕变应变的2倍㊂当蠕变应力为200MPa㊁热处理温度为1200ħ时,水汽气氛下的蠕变应变为空气气氛下蠕变应变的4~7倍㊂Nextel720氧化铝纤维在不同气氛下的蠕变曲线如图9所示㊂水汽的存在显著增㊀㊀㊀图9㊀不同温度下Nextel720氧化铝纤维在不同气氛中的蠕变曲线[40]Fig.9㊀Creep curves of Nextel720Al2O3fiber in different atmosphere at different temperature[40]4098㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷加了Nextel 720纤维的蠕变速率,当蠕变应力为100~300MPa㊁热处理温度为1200ħ时,水汽气氛下的蠕变速率比空气气氛下的蠕变速率高近一个数量级㊂综上所述,Nextel 610氧化铝纤维成分单一,主要为α-Al 2O 3相,其室温和高温拉伸强度较高,但纤维的单相组成导致其力学性能受温度影响较明显,纤维的高温稳定性和抗蠕变性能差㊂为提高纤维的稳定性和抗蠕变性能,3M 公司在Nextel 610氧化铝纤维的基础上开发了Nextel 720氧化铝纤维㊂Nextel 720氧化铝纤维中主要含有α-Al 2O 3和莫来石两相,相较于Nextel 610氧化铝纤维,Nextel 720氧化铝纤维的室温和高温力学性能较差㊂但由于莫来石相的存在,Nextel 720氧化铝纤维在高温下的晶粒长大速率较小,稳定性和抗蠕变性能较好㊂Nextel 610氧化铝纤维和Nextel 720氧化铝纤维的优缺点如表3所示㊂表3㊀Nextel 610氧化铝纤维和Nextel 720氧化铝纤维的优缺点Table 3㊀Advantages and disadvantages of Nextel 610and Nextel 720Al 2O 3fibersAl 2O 3fiberAdvantage Disadvantage Nextel 610Single phase fiber;high tensile strength Mechanical properties are significantly affected by temperature Nextel 720Good stability;mechanical properties are not significantly affected by temperatureTwo phase fiber;low tensile strength 2㊀界面相在连续纤维增强陶瓷基复合材料中,界面是连接纤维与基体的桥梁,主要承担着传递载荷㊁偏转裂纹㊁消除热应力和阻挡元素扩散的作用,对复合材料的性能有重要影响[41-43]㊂界面相要与纤维和基体间有良好的物理和化学相容性,同时界面相与纤维和基体间的结合强度要适中,这是因为一方面界面相能防止界面结合强度过大导致复合材料发生脆性断裂,降低力学性能[44];另一方面界面相能防止界面结合强度过小导致载荷不能通过界面传递给纤维,减弱纤维的增强作用[45]㊂目前,Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中常用的界面相主要为热解碳(PyC)[46-48]㊁氮化硼(BN)[49]和独居石(LaPO 4)[50-51]㊂2.1㊀热解碳(PyC )界面相PyC 具有特殊的层状结构,层与层之间通过范德瓦尔斯力结合,被广泛应用于复合材料界面相材料㊂PyC 与氧化物纤维相容性好,且能有效阻挡纤维和基体间的元素扩散㊂Wang 等[48]采用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)工艺于1300ħ在氧化铝纤维表面制备了厚度约为70nm 的PyC 涂层,涂层的微观形貌如图10所示㊂由图可知,PyC 涂层与纤维结合性良好,纤维表面产生了由缺陷和晶粒长大引起的凹凸表面㊂纤维和基体两个组分被约60nm 厚的均匀PyC 涂层分离,没有发生任何界面扩散和反应㊂PyC 涂层具有明显的层状结构,非常有利于裂纹偏转[52],提高复合材料的力学性能㊂PyC 涂层厚度会对纤维的力学性能产生较明显的影响㊂Wang 等[46]采用CVD 法在氧化铝纤维表面制备了不同厚度的PyC 涂层,纤维的截面形貌如图11所示,此外还研究了涂层厚度和结合强度对纤维力学性能的影响㊂结果表明,当涂层厚度较小(0.15μm)时,涂层能够愈合纤维表面缺陷[53],从而提高纤维的拉伸强度㊂随着涂层厚度的增加,纤维的拉伸强度逐渐降低㊂产生这一现象的原因是:1)涂层的柔软性对纤维拉伸强度的影响大于表面缺陷的愈合效果;2)涂层厚度增加需要更长的CVD 时间,长时间高温环境易使纤维强度下降;3)纤维和PyC 涂层的热膨胀系数不同(纤维为5.3ˑ10-6ħ-1,PyC 涂层为2.5ˑ10-6ħ-1),当涂层较厚时,纤维和涂层间出现间隙,界面结合强度较弱㊂受到外力时,裂纹不能偏转,导致应力集中于纤维表面,易使纤维发生断裂㊂PyC 涂层会对复合材料的力学性能产生明显影响㊂Geng 等[47]在氧化铝纤维编织件上制备了PyC 涂层,随后通过溶胶-凝胶法制备了莫来石/Al 2O 3复合材料,有无PyC 涂层的莫来石/Al 2O 3复合材料的断口形貌如图12所示㊂无PyC 涂层的复合材料断口平整,没有纤维拔出现象㊂这说明复合材料在断裂过程中,由于裂纹尖端应力集中导致裂纹直接穿过氧化铝纤维,纤维的增韧机制没有得到发挥㊂有PyC 涂层的复合材料的断口纤维大量拔出,纤维拔出机制吸收了大部分能量,并且在断裂过程中产生沿纤维轴向扩展的裂纹,有效阻止了复合材料发生脆性断裂㊂㊀第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4099图10㊀PyC涂层纤维的微观结构[48]Fig.10㊀Microstructure of PyC coated fiber[48]图11㊀不同厚度PyC涂层纤维的截面形貌[46]Fig.11㊀Cross-section morphologies of PyC coated fibers with different thickness[46]2.2㊀氮化硼(BN)界面相BN具有与PyC类似的层状结构,在复合材料中引入该结构界面相后,当复合材料受到外力时,裂纹可沿界面层间扩展,起到保护纤维和提高复合材料力学性能的作用㊂相较于PyC涂层,BN的抗氧化性能较好,但在高于850ħ的氧化环境下,BN可与O2发生反应生成具有挥发性的B2O3,从而导致界面相消失㊂4100㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图12㊀莫来石/Al2O3复合材料的微观结构[47]Fig.12㊀Microstructure of mullite/Al2O3composites[47]高温热处理会对BN涂层的结晶度产生显著影响㊂Sun等[49]通过CVD工艺在氧化铝纤维表面制备了BN涂层,BN涂层的微观结构如图13所示㊂图13(a)为700ħ下沉积的BN涂层,由图可知涂层与纤维结合良好,BN呈非晶结构㊂图13(b)和13(c)为700ħ下沉积后经1300ħ热处理后的BN涂层,由图可知热处理后的BN涂层结晶度显著提高,具有明显的层状结构,为六方相氮化硼(h-BN)㊂对比图13(a)~(c)可知,高温热处理可以提高BN涂层的结晶度,使其由非晶相BN涂层转变为六方相BN涂层㊂图13㊀BN涂层纤维的微观结构[49]Fig.13㊀Microstructure of BN coated fibers[49]BN涂层的沉积温度会对涂层厚度和涂层纤维的力学性能产生明显影响㊂Sun等[49]以单源氨硼烷为前驱体,采用低温CVD工艺(700~900ħ)在氧化铝纤维表面制备了BN涂层,BN涂层纤维截面的微观形貌如图14所示㊂由图可知,在不同温度下沉积的BN涂层与纤维结合良好,且随着沉积温度的升高,BN涂层的厚度逐渐增加㊂对涂层纤维进行拉伸强度测试后发现,随着沉积温度的升高,涂层纤维的拉伸强度逐渐下降㊂700ħ下沉积涂层后的氧化铝纤维强度保持率为94.9%,900ħ下沉积涂层后的氧化铝纤维强度保持率迅速下降到54.8%㊂纤维拉伸强度下降的原因为:1)涂层沉积过程中的高温使纤维晶粒长大,导致纤维力学性能下降;2)BN涂层和氧化铝纤维的热膨胀系数不同,涂层和纤维在不同的沉积温度下有不同的收缩速率,从而产生残余热应力㊂残余热应力随着沉积温度的升高而升高,从而导致涂层纤维的力学性能随着沉㊀第11期孙敬伟等:氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展4101积温度的升高而下降㊂图14㊀不同温度沉积BN涂层后的纤维截面形貌[49]Fig.14㊀Cross-section morphologies of fibers after deposition of BN coating at different temperatures[49]上述PyC㊁BN两种界面相均起到阻挡元素扩散㊁传递载荷和偏转裂纹等作用,是复合材料中较为常用的界面相,但抗氧化性能较差,在Al2O3/Al2O3复合材料中的应用受到一定限制㊂为解决这一问题,研究人员把目光投向了具有较强抗氧化性的多孔稀土-磷酸盐类材料上,其中应用最广泛的为独居石(LaPO4)界面相㊂2.3㊀独居石(LaPO4)界面相LaPO4的熔点高㊁硬度低,与氧化物纤维和基体相容性好,同时与氧化物纤维和基体结合强度适中,已被用于氧化物/氧化物复合材料中的界面相材料[54]㊂在受到外力时,LaPO4可以通过滑移㊁解离和孪晶等机制有效偏转裂纹,提升复合材料的力学性能㊂LaPO4在高温下会在表面形成一层连续致密的反应层,保护纤维不被高温侵蚀,提高复合材料的稳定性㊂Zhang等[50]以La2O3和磷酸为原料,通过化学共沉淀法和闪烧法制备了LaPO4涂层,该涂层导热系数较低,在1000ħ时的导热系数为1.41W/(m㊃K);稳定性较好,在1400ħ保温100h涂层不受破坏;耐蚀性能好,在700~900ħ的V2O5熔盐中腐蚀4h的腐蚀产物主要为La(P,V)O4,涂层的微观结构变化不大,在1000ħ的V2O5熔盐中腐蚀4h会生成少量的LaVO4,但腐蚀产物仍主要为La(P,V)O4㊂LaPO4涂层的微观结构会对涂层纤维的力学性能产生明显影响㊂Xu等[51]将硝酸镧与植酸混合得到LaPO4前驱体溶液(编号PA f),将硝酸镧与磷酸和柠檬酸混合制备了另一种LaPO4前驱体溶液(编号CA f),采用非匀相沉淀法在35和90ħ下将LaPO4前驱体沉积在氧化铝纤维表面,经600ħ高温处理后得到厚度为500~800nm的LaPO4涂层,涂层纤维的微观形貌如图15所示㊂研究了不同前驱体和沉积温度对纤维强度的影响,分析了涂层纤维的强度退化机理㊂结果表明,在35ħ下沉积的前驱体可以在纤维表面转化为致密的LaPO4涂层,该致密涂层阻止了高温下生成的有害气体排出,导致纤维强度下降[55-56];而采用植酸前驱体可在90ħ获得颗粒细小且堆叠松散的LaPO4涂层,该结构的孔洞分布均匀,有利于有害气体的逸出,使涂层纤维具有最高的拉伸强度㊂通过单纤维拔出测试(示意图如图16所示)发现,90ħ下由柠檬酸前驱体和植酸前驱体在纤维表面制备LaPO4涂层后,纤维与基体间的界面结合强度分别下降了32.5%和46.7%,纤维与基体实现弱界面结合,有助于提高复合材料的力学性能㊂图15㊀LaPO 4涂层纤维的截面形貌[51]Fig.15㊀Cross-section morphologies of LaPO 4coated fibers[51]图16㊀单纤维拔出测试示意图[51]Fig.16㊀Schematic diagram of single fiber pull-out test [51]LaPO 4涂层的厚度会对涂层编织件的稳定性有显著影响㊂Tao 等[54]以LaNO 3和P 2O 5为原料制备了LaPO 4前驱体溶液,采用反复浸渍烧结法在氧化物纤维编织件中制备了厚度为80~300nm 的LaPO 4涂层,涂层的微观形貌如图17所示㊂研究了LaPO 4涂层㊁SiC-SiO 2涂层和LaPO 4-SiC-SiO 2涂层对氧化物纤维编织件柔韧性的影响,其典型力-挠度曲线和氧化物纤维编织件测试前后的照片如图18所示㊂研究发现,具有LaPO 4涂层的氧化物纤维编织件刚度有所增加,但增加的程度很小㊂这说明LaPO 4涂层对氧化物纤维编织件的柔韧性没有明显影响,且对氧化物纤维编织件的高温脆性有一定的缓解作用㊂LaPO 4涂层对高温处理后复合材料的力学性能有明显影响㊂Keller 等[57]制备了Nextel 610/LaPO 4/Al 2O 3复合材料,探究了LaPO 4涂层对高温处理后的复合材料力学性能的影响㊂研究发现,不含LaPO 4涂层的复合材料在1200ħ热处理5h 后拉伸强度下降约70%,复合材料断口几乎没有纤维拔出现象;而含LaPO 4涂层的复合材料经热处理后的拉伸强度下降约36.7%,复合材料断口处有明显的纤维拔出现象(见图19),同时发现纤维拔出现象主要出现在涂层㊁纤维/涂层和涂层/基体界面,这说明LaPO 4涂层与纤维和基体结合力较弱㊂综上所述,PyC 涂层和BN 涂层均具有层状结构,是复合材料中常用的界面相㊂当复合材料受到外力时,PyC 涂层和BN 涂层可通过滑移㊁解离等机制有效偏转裂纹,提高复合材料的力学性能[44,52]㊂但涂层制备工艺复杂且抗氧化性能较差,PyC 涂层在空气中的温度高于400ħ即可被氧化,BN 涂层在空气中的温度高于850ħ即被氧化,限制了涂层在Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中的应用㊂LaPO 4涂层与氧化物纤维和基体相容性好,制备工艺简单㊁抗氧化性能较好,被广泛用在Al 2O 3/Al 2O 3复合材料中㊂不同涂层的优缺点如表4所示㊂。

氧化铝在导热绝缘高分子复合材料中的应用

唐明明［１２］在研究中发现随着微米Ａｌ２Ｏ３填充份数的增加，ＳＢＲ的热导率增大，但其加工性能和物理力学性能下降；用硅烷偶联剂ＫＨ－５７０，ＫＨ－５５０，Ａ－１５１和钛酸酯偶联剂ＴＭ－Ｓ１０５处理后的微米Ａｌ２Ｏ３填充剂对导热橡胶的导热性能的影响不显著；在相同填充量下，采用纳米Ａｌ２Ｏ３填充比用微米Ａｌ２Ｏ３填充的导热橡胶具有更好导热性能和物理力学性能；在合适的比例下，纳米氧化铝与微米氧化铝混合填充的导热橡胶其导热效果优于单纯使用微米粒子填充的橡胶。张立群［１３］等人系统研究了不锈钢短纤维、片状石墨、短碳纤维、铝粉、Ａｌ２Ｏ３粉等５种导热填料对天然橡胶（ＮＲ）为基质的复合材料的静态导热性能、动态温升、物理力学性能的影响。结果表明Ａｌ２Ｏ３可以明显提高ＮＲ的静态导热系数，并且用量越高，导热系数越大。Ａｌ２Ｏ３
关键字氧化铝高分子复合材料导热性填料综述
ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｌ２Ｏ３ｉｎＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｎｇａｎｄＩｎｓｕｌａｔｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅ
ＬｉＢｉｎｇ１ＬｉｕＱｉｎ２
（１．ＧｕｉｌｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕｉｌｉｎ，５４１００４；２．ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｇｎＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１０００６）
张晓辉［１４］等分别用ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３填充环氧胶粘剂，发现填料份数存在一临界点，将临界点归因于材料内部有效导热网络的建立。由于ＳｉＣ价格低，热导率高，填充份数为５３．９％时，热导率为４．２３４Ｗ／（ｍ·Ｋ），力学性能较好。王铁如［１５］等将Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ加入到环氧树脂中制成导热绝缘胶。章文捷［１６］等研究了Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ混合填充的有机硅灌封料，制得了热导率达０．８９Ｗ／（ｍ·Ｋ）的灌封料。周文英［１７］等以增韧的酚醛环氧树脂为基体树脂，以１∶４∶３质量比组成的ＡｌＮ、Ｂ４Ｃ、Ａｌ２Ｏ３混杂粒子为导热填料，制备了一新型绝缘导热胶粘剂。发现填料用量为４０％时胶粘剂的热导率为０．９９Ｗ／（ｍ·Ｋ），热阻为０．７０ ℃／Ｗ，介电常数６，体积电阻率４．６× １０１２ Ω·ｃｍ，击穿电压达１２ｋＶ／ｍｍ，２０ ℃，２００ ℃，２５０ ℃下的剪切强度分别为１３．０ＭＰａ，ｌ０．０ＭＰａ，５．６５ＭＰａ。研究结果表明该胶具备良好的电绝缘及力学性能，可以长期在１５０ ℃下使用，与不加导热填料的相同胶粘剂相比，具有良好的导热能力。谭茂林［１８］用Ａｌ２Ｏ３填充有机硅改性环氧树脂测得１００ ℃时的导热系数为０．６４Ｗ·（ｍ·Ｋ）－１。

高可靠氧化铝陶瓷复合材料的设计、制备与性能研究

高可靠氧化铝陶瓷复合材料的设计、制备与性能研究高可靠氧化铝陶瓷复合材料的设计、制备与性能研究摘要：本研究采用先进的制备技术，设计并制备了一种高可靠氧化铝陶瓷复合材料。

通过控制材料的配比和烧结工艺参数，优化了材料的微观结构和物理性能。

研究结果表明，所制备的氧化铝陶瓷复合材料具有高的可靠性和优异的力学性能，可将其应用于航空航天、电子器件等领域。

1. 引言氧化铝陶瓷具有高温稳定性、耐腐蚀性和优异的力学性能等特点，因此在航空航天、电子器件等高技术领域得到了广泛应用。

然而，传统的氧化铝陶瓷材料在面对极端环境和应力时容易出现断裂和破损的问题。

因此，设计和制备一种高可靠性的氧化铝陶瓷复合材料具有重要意义。

2. 材料与方法本实验选用高纯度的氧化铝粉末作为主要原料，并添加适量的增韧剂和稳定剂以改善材料的韧性和稳定性。

采用固相烧结法制备样品，通过调节烧结温度、保温时间和压力等参数来控制材料的微观结构。

3. 结果与分析通过扫描电子显微镜（SEM）观察了制备的氧化铝陶瓷复合材料的断面形貌。

结果显示，增韧剂和稳定剂的添加明显改善了材料的致密性和颗粒排列方式。

同时，通过X射线衍射（XRD）分析确定了样品的晶体结构，结果表明样品主要为氧化铝相和少量添加物相。

4. 力学性能测试采用万能试验机对样品进行了拉伸和压缩等力学性能测试。

结果显示，所制备的氧化铝陶瓷复合材料具有较高的强度和韧性，远高于传统的氧化铝陶瓷材料。

该复合材料在高温与极端应力下仍能保持稳定的力学性能。

5. 可靠性评估通过对材料的断裂韧性和疲劳寿命进行测试，评估了复合材料的可靠性。

结果表明，所制备的氧化铝陶瓷复合材料具有较高的断裂韧性和较长的疲劳寿命，表现出优异的可靠性。

6. 应用前景与展望本研究设计的高可靠氧化铝陶瓷复合材料在航空航天、电子器件等领域具有广阔的应用前景。

将来的研究可以进一步优化材料的制备工艺，提高材料的性能，并开展更深入的应用研究。

结论：通过优化设计和制备工艺，本研究成功制备了一种高可靠性的氧化铝陶瓷复合材料。

树脂材料的选择

（一）环氧树脂的选择1、从用途上选择作粘接剂时最好选用中等环氧值（）的树脂，如6101、634；作浇注料时最好选用高环氧值（>）的树脂，如618、6101；作涂料用的一般选用低环氧值（<）的树脂，如601、604、607、609等。

2、从机械强度上选择环氧值过高的树脂强度较大，但较脆；环氧值中等的高低温度时强度均好；环氧值低的则高温时强度差些。

因为强度和交联度的大小有关，环氧值高固化后交联度也高，环氧值低固化后交联度也低，故引起强度上的差异。

3、从操作要求上选择不需耐高温，对强度要求不大，希望环氧树脂能快干，不易流失，可选择环氧值较低的树脂；如希望渗透性也，强度较好的，可选用环氧值较高的树脂。

（二）、固化剂的选择1、固化剂种类：常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。

常温或低温固化一般选用胺类固化剂，加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。

环氧值是鉴定环氧树脂质量的最主要指标，环氧树脂的型号划分就是根据环氧值的不同来区分的。

环氧值是指100克树脂中所含环氧基的克当量数。

2、固化剂的用量（1）胺类作交联剂时按下式计算：胺类用量=MG/Hn式中：M=胺分子量Hn=含活泼氢数目G=环氧值（每100克环氧树脂中所含的环氧当量数）改变的范围不多于10-20%，若用过量的胺固化时，会使树脂变脆。

若用量过少则固化不完善。

（2）用酸酐类时按下式计算：酸酐用量=MG（~1）/100式中：M=酸酐分子量G=环氧值（~1）为实验系数3、选择固化剂的原则：固化剂对环氧树脂的性能影响较大，一般按下列几点选择。

（1）、从性能要求上选择：有的要求耐高温，有的要求柔性好，有的要求耐腐蚀性好，则根据不同要求选用适当的固化剂。

（2）、从固化方法上选择：有的制品不能加热，则不能选用热固化的固化剂。

（3）、从适用期上选择：所谓适用期，就是指环氧树脂加入固化剂时起至不能使用时止的时间。

透波复合材料

透波复合材料1. 引言利比亚战争中以美国为首的多国部队动用了大量先进的隐形战机和精确制导武器，如F16/F18、幻影2000、战斧式巡航导弹等，在短短几个小时内，就使得利比亚政府的通讯、交通、指挥等系统全部瘫痪。

可见各类导弹在战场上发挥着重要的作用。

作为重要的透波部件，天线罩位于导弹头部，多为锥形或半球形，它既是弹体的结构件，又是无线电寻的制导系统的重要组成部分［1］。

在导弹飞行过程中，它既要承受气动载荷、气动热等恶劣环境，又要作为发射和接收电磁波的通道，保证信号的正常传输，从而使导弹顺利完成制导和引爆等任务［1］。

此外，为了减少导弹头部气动阻力，天线罩还必须具有合适的气动外形［1,2］。

因此，天线罩能够保护导弹的制导、通讯、遥测、引爆等系统在恶劣环境条件下正常工作，是一种集承载、导流、透波、防热、耐蚀等多功能为一体的结构/功能部件［3,4］。

随着导弹飞行马赫数的不断提高，处于导弹气动力和气动热最大最高位置的天线罩需承受的温度和热冲击越来越高。

新一代战术导弹的再入速度可高达几十个马赫，这使得导弹天线罩的工作环境日趋恶劣［5］。

高温透波材料研究的滞后是制约导弹技术发展的瓶颈之一。

因此，高马赫数导弹天线罩热透波材料必须具备良好的综合性能，归纳起来，主要有以下几点［6］：(1)力学性能优良。

断裂强度和韧性高，可承受高马赫数导弹高速飞行时纵向过载和横向过载产生的剪力、弯矩和轴向力，且要具有一定的刚性，使其在受力时不易变形。

(2)介电性能优异。

介电常数£低，损耗角正切值tgb小。

通常情况下，在0.3〜300GHz频率范围内，天线罩材料的适宜介电常数£应小于4,损耗角正切tg b 在10-3数量级以下，这样才能获得较理想的透波性能和瞄准误差特性。

(3)抗热震性和耐热性好。

天线罩必须承受由于气动加热引起的剧烈热冲击和高温环境，高马赫数导弹天线罩更要能承受20000c以上的高温。

(4)经得起雨蚀、粒子蚀、辐射等恶劣环境条件。

氧化铝纤维溶胶凝胶法

氧化铝纤维溶胶凝胶法以氧化铝纤维溶胶凝胶法氧化铝纤维是一种具有优异性能的纤维材料，广泛应用于高温环境的隔热、过滤和增强等领域。

而溶胶凝胶法是一种制备氧化铝纤维的常用方法。

本文将介绍氧化铝纤维溶胶凝胶法的原理、制备过程和应用前景。

一、原理氧化铝纤维溶胶凝胶法是利用溶胶凝胶反应制备氧化铝纤维的过程。

其原理是将氧化铝前驱体溶解于适当的溶剂中，形成均匀的溶胶溶液。

经过适当的调节和处理，使溶胶溶液发生凝胶反应，形成凝胶体。

最后，通过热处理，将凝胶体转化为氧化铝纤维。

二、制备过程1. 溶胶制备：将氧化铝前驱体加入溶剂中，并进行适当的搅拌和加热，使氧化铝前驱体完全溶解，形成均匀的溶胶溶液。

2. 凝胶形成：通过改变溶胶的pH值、温度、时间等条件，使溶胶发生凝胶反应，形成凝胶体。

在凝胶形成过程中，还可以加入适量的增稠剂和交联剂，以调控凝胶的性质。

3. 凝胶处理：将凝胶体进行干燥和热处理，去除溶剂和有机物，使凝胶转化为氧化铝纤维。

热处理过程中，可以根据需要进行热处理温度和时间的控制，以获得理想的氧化铝纤维性能。

三、应用前景氧化铝纤维溶胶凝胶法制备的纤维具有许多优异性能，因此在许多领域有着广泛的应用前景。

1. 高温隔热：氧化铝纤维具有优异的耐高温性能，可用于制备高温隔热材料，如隔热毡、隔热板等，广泛应用于航空航天、石油化工等领域。

2. 过滤材料：氧化铝纤维具有较高的孔隙率和大的比表面积，可用于制备过滤材料，如过滤器、过滤膜等，广泛应用于水处理、空气净化等领域。

3. 增强材料：氧化铝纤维具有良好的机械性能和化学稳定性，可用于制备增强材料，如纤维增强复合材料，广泛应用于汽车、船舶、建筑等领域。

总结：氧化铝纤维溶胶凝胶法是一种常用的制备氧化铝纤维的方法。

通过溶胶制备、凝胶形成和凝胶处理等步骤，可以获得具有优异性能的氧化铝纤维。

这种纤维材料在高温隔热、过滤和增强等领域具有广泛的应用前景。

通过进一步的研究和改进，氧化铝纤维溶胶凝胶法有望在更多领域发挥重要作用，推动材料科学的发展。

耐高温透波材料及其性能研究进展

耐高温透波材料及其性能研究进展文摘介绍了国内外高温透波材料的发展现状,并且对高温透波材料的种类进行了详细阐述。

通过对材料种类的分析与选择,对影响材料透波性能的因素进行了分析。

通过对现行透波材料及其透波理论体系的论述,对高温透波材料存在的问题进行了总结。

关键词透波材料,介电常数,透波原理前言高温透波材料是指对波长在1～1 000 mm、频率在0. 3～300 GHz的电磁波在足够高的温度下的透过率> 70%的材料[ 1 ] 。

一般情况下,在该频率范围内,透波材料适宜ε为1～4, tgδ为10- 1 ～10- 3 ,这样才能获得理想的透波性能与较小的插入损失[ 2 ] 。

结构透波材料体系主要有耐高温及常温应用的透波材料,这两种材料体系的典型代表分别为陶瓷透波材料及聚合物基复合材料。

陶瓷透波材料与聚合物基复合材料分别应用于导弹、飞行器天线罩、天线窗以及雷天线罩等几类产品。

本文将重点介绍高温透波材料即防热型透波功能材料的研究工作。

1高温透波材料体系高温透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。

1. 1陶瓷透波材料是一种兼有耐高温性能与透波性能的介质材料,高温透波材料体系主要有:陶瓷基复合材料与聚合物基复合材料。

陶瓷透波材料可分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷。

前者有氧化铝陶瓷、石英陶瓷、氧化铍陶瓷、微晶玻璃、堇青石陶瓷等等。

非氧化物陶瓷主要有氮化硼(BN)和氮化硅( Si3N4 ) [ 3 ] 。

1. 1. 1氧化物陶瓷(1)氧化铝陶瓷(Al2O3 )在天线罩材料发展史上,氧化铝陶瓷是继纤维增强复合材料之后最早被采用的单一氧化物陶瓷。

用作透波材料时,其Al2O3质量分数为97%～99%。

(2)微晶玻璃微晶玻璃是20世纪50年代中期美国康宁公司发现的一种新型无机材料。

它是借助控制晶化的方法,使特定组成的透明玻璃失透晶化,形成无数直径< 1μm的微小晶粒,从而获得性能优异的不透明瓷质材料,因在结构上与陶瓷相似,故也称为玻璃陶瓷。

《复合材料》习题及答案 (2)

《复合材料》习题及答案第一章1、材料科技工作者的工作主要体现在哪些方面？（简答题）①发现新的物质，测试新物质的结构和性能；②由已知的物质，通过新的制备工艺，改善其微观结构，改善材料的性能；③由已知的物质进行复合，制备出具有优良特性的复合材料。

2、复合材料的定义（名词解释）复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。

3、复合材料的分类（填空题）⑴按基体材料分类①聚合物基复合材料；②金属基复合材料；③无机非金属基复合材料。

⑵按不同增强材料形式分类①纤维增强复合材料：②颗粒增强复合材料；③片材增强复合材料；④叠层复合材料。

4、复合材料的结构设计层次（简答题）⑴一次结构：是指由基体和增强材料复合而成的单层复合材料，其力学性能取决于组分材料的力学性能，各相材料的形态、分布和含量及界面的性能；⑵二次结构：是指由单层材料层合而成的层合体，其力学性能取决于单层材料的力学性能和铺层几何（各单层的厚度、铺设方向、铺层序列）；⑶三次结构：是指工程结构或产品结构，其力学性能取决于层合体的力学性能和结构几何。

5、复合材料设计分为三个层次：（填空题）①单层材料设计；②铺层设计；③结构设计。

第二章1、复合材料界面对其性能起很大影响，界面的机能可归纳为哪几种效应？（简答题）①传递效应：基体可通过界面将外力传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作用。

②阻断效应：适当的界面有阻止裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。

③不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象。

④散热和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收。

⑤诱导效应：复合材料中的一种组元的表面结构使另一种与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生变化。

2、对于聚合物基复合材料，其界面的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题）①基体与增强体的接触与浸润；②聚合物的固化。

3、界面作用机理界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理。

纤维增强陶瓷基复合材料概述_史国普

如果 Am > Afr , 则 Rr 为正, 那么纤维- 基体界面则承受热压缩应力。过大的界面压应力使复合材料在断裂过程中难以形成纤维/ 脱粘0、/ 拔出0等吸能机制, 对材料性能的提高不利。如果 Am < Afr , 则 Rr 为负, 那么界面受拉应力, 适当的拉应力是有益的。
4) 材料应满足结构的特殊要求, 但组元之间不能发生明显的化学反应、溶解和严重的扩散。而且在满足性能要求的前提下, 成本尽可能低。
( 1)
Ec = Ef Vf + EmVm
Vf + Vm = 1 上述方程中, R 表示承受的应力, V 为体积分数, E 为弹性模量。下标 c、f、m 分别代表复合材料、纤维、基体。
在复合材料断裂前, 基体和纤维其应变是一致的:
Ec = Em = Ef = RmPEm = Rf PEf
( 2)
对于脆性基体复合材料, 当基体的应变大于其临
体所承受的应力:
轴向
Ra = ( Am - Af a ) $TEm
( 4)
径向
Rr = ( Am - Af r ) $TEm
( 5)
式中 $T 为应力驰豫温度与室温之差值, Em 为基
体的弹性模量。
如果 Am > Afa, 则 Ra 为正值。复合材料冷却后纤维
受压缩热残余应力, 基体受拉伸热残余应力。这种热残余拉伸应力在材料使用时将叠加于外加拉伸载荷, 对材料的强度不利。如果 Ra > Rmu , 材料在冷却过程中就可能垂直于纤维轴向形成微裂纹网络, 使材料的性能大大降低。如果 Am < Afa, 则 Ra 为负值, 纤维受热残余拉伸应力, 基体受压应力。这个应力可能抵消外加拉伸载荷, 对材料性能的提高有益。但如果该应力过大, 超过纤维的断裂应力时, 对强化不利。

双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料的制备及耐磨性研究

双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料的制备及耐磨性研究李龙;余申卫;王成辉;范玉虎;王惠梅;汪勇;杨蕾;付永红【期刊名称】《热加工工艺》【年(卷),期】2024(53)5【摘要】采用粉末冶金法制备了双尺度SiC_(p)增强Al基复合材料,SiC_(p)双粒径50μm:10μm的比例分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及5∶1,添加总含量为20vol%。

通过销盘式摩擦磨损试验机对复合材料及对比试样HT300材料的耐磨性能进行了测试,使用SEM、EDS对复合材料及HT300摩擦磨损前后的微观形貌进行了表征,并对复合材料摩擦磨损机理进行了分析。

结果表明,SiC_(p)与Al基体界面结合良好,无界面脱粘及孔隙产生。

任一碳化硅颗粒粒径配比的SiC_(p)/Al基复合材料的耐磨性能均优于HT300,其中颗粒粒径配比为3∶1时耐磨性能最优,HT300磨损量约为颗粒粒径配比3∶1时的7~13倍。

【总页数】6页(P153-158)【作者】李龙;余申卫;王成辉;范玉虎;王惠梅;汪勇;杨蕾;付永红【作者单位】西安建筑科技大学机电工程学院;陕西省纳米材料与技术重点实验室;中国船舶集团有限公司第十二研究所【正文语种】中文【中图分类】TB333.12【相关文献】1.Al2O3陶瓷增强高锰钢基复合材料耐磨性能的研究2.TiC-Al_2O_3颗粒增强钢基复合材料的制备及耐磨性研究3.SiC_(sf)/Si_3N_(4p)混杂增强BAS陶瓷基复合材料的制备及其结构与性能的研究4.双尺度SiC颗粒增强铝基复合材料制备工艺研究5.基于Al-B-C烧结助剂的SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料制备及性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高强纤维复合材料的微波透过性能研究

维及树脂种类、制备方式等因素对复合材料介电性能和微波透过性能的影响，并且详细讨论了其中的
作用机理。
弹性模量；良好的热冲击性和耐热性； ③ ④抗雨
蚀、辐射等环境条件；可生产性和经济性。以往透 ⑤ 波材料通常为无机材料，氧化铝、氧化硅、璃如二玻
维普资讯
２００７年第３期
玻璃钢／复合材料
３３
高强纤维复合材料的微波透过性能研究
郑震，黄献聪，施楣梧
（．１上海交通大学化学化工学院，上海２０４；．０２０２总后勤部军需装备研究所，北京１０００１）０
准确称取一定质量的芳纶布或聚乙烯无纬片以及乙烯基酯树脂（占总质量的５、５、５、％１％２％３％、０）树脂中预加１ｔ混合均匀的引发剂０５％，ｗ％ＢＯ。将中间夹有树脂的两块布粘合，在两块表Ｐ放面光滑的模具中，烘箱中固化成型，在固化温度为
具有单向纤维层的一种纤维结构）荷兰ＤＭ公，Ｓ司；氧树脂，－１上海树脂厂有限公司；环Ｅ５，乙烯基酯树脂，ＥＡＡＥ１—５，ｏＤＲＫＮ４１３０Ｄｗ公司；己二胺，．．ＣＰ级，中国医药集团上海化学试剂公司；过氧化苯甲酰（Ｐ）析纯，ＢＯ，中国医药集团上海化学试剂公司；液体石蜡，学纯，化上海凌峰试剂有限公司。上述材料未经特别说明的，均未作处理，可直接使用。

连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料

连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料随着科技的不断进步，复合材料的应用越来越广泛。

在各种领域中，复合材料都具有很高的应用价值。

其中，连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料是一种很有潜力的材料，具有杰出的性能特点。

本文将深入探讨这种复合材料的结构特点、制备工艺、性能表现等方面，希望能够帮助读者更好地了解连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料。

一、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的结构特点连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料是以氧化铝纤维为增强相，陶瓷基体为基体相，通过一定的工艺方法将两者复合而成的一种复合材料。

这种材料的最大特点就是氧化铝纤维是连续排列的，使得整个材料的增强效果更加显著。

同时，陶瓷基体又具有很高的硬度和抗压性，使得整个复合材料具有很好的综合性能。

二、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的制备工艺1.原料准备制备这种复合材料需要准备氧化铝纤维、陶瓷基体原料，同时还需要一些添加剂来提高复合材料的成型性能和性能表现。

2.工艺流程首先，将氧化铝纤维按照一定的比例进行排列，然后将陶瓷基体原料和添加剂混合搅拌均匀。

接着，将混合好的陶瓷基体原料浇注到氧化铝纤维上，并通过加压成型的方法将两者紧密结合在一起。

最后，进行烧结处理，使得整个材料具有更好的力学性能和热稳定性。

三、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的性能表现1.力学性能由于氧化铝纤维的连续排列和陶瓷基体的高硬度，使得整个复合材料具有很高的抗拉强度和抗压强度。

在一些高温高压的环境下，其力学性能表现尤为突出。

2.热稳定性氧化铝纤维和陶瓷基体都具有很好的热稳定性，因此整个复合材料在高温环境下也能够保持良好的性能表现。

这使得这种材料在航空航天、核工业等领域具有很大的应用潜力。

3.耐磨性能由于陶瓷基体的高硬度，使得整个复合材料具有很好的耐磨性能。

在一些对磨损要求较高的场合，这种材料也能够发挥出很好的作用。

四、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的应用前景由于其显著的性能优势，这种复合材料在航空航天、核工业、汽车制造等领域都具有很广阔的应用前景。

新材料的发展与应用研究

新材料的发展与应用研究第一章：引言新材料作为一种重要的工业材料，发挥着日益重要的作用。

随着工艺技术的不断更新和完善，新材料正展现出越来越广阔的应用前景。

在此背景下，我们有必要对新材料的发展和应用进行研究。

第二章：新材料的定义和特点新材料是指近年来出现的具有优异性能和新特性的材料。

这些材料大多数是由于新材料原料、新工艺技术、新化学合成等方面的突破而获得的，具备着传统材料所不具备的特定性能，例如轻质、高强、超导、高温、耐磨、耐腐等等。

第三章：新材料发展历程和目前状况1.新材料发展历程自20世纪以来，新材料的发展经历了几个重要的历程。

最初的新材料诞生在20世纪50年代，如人工合成单晶硅、蓝宝石等，20世纪60年代，高分子材料、纳米材料、高温超导材料、功能陶瓷材料先后问世，20世纪70年代，纳米复合材料、先进复合材料、高性能氧化铝陶瓷材料等开始出现，20世纪80年代，碳纤维、碳纳米管、大块氧化镁及其复合材料等的出现进一步推动了新材料的发展。

2.新材料目前状况目前，新材料已成为众多工业界和科研界广泛关注的焦点，应用范围日益扩大。

新材料的应用在电子信息、汽车制造、医疗卫生、航空航天、能源环保等领域得到广泛应用。

同时，国内外的科学家和研究机构纷纷开展新材料研发工作，推动了新材料与传统材料之间的转换。

第四章：新材料的发展趋势1.材料制备技术发展趋势一般都是对传统工艺技术的进一步创新和改进，或是基于先进科学技术所衍生的新技术。

细化技术、超声波辅助技术、微波辅助技术、等离子体加工技术、快速固化技术等新技术的发展，提高了新材料的成品率和品质，扩大了可选材料范围。

2.材料设计趋势在新材料研发方面，人们将更多的关注点放在了材料的设计方面。

新材料的设计是一项非常复杂和全面性的工作，需要考虑材料的多种性质参数并达到最佳功效。

人们通过研制新的合成方法和材料特性，为材料结构设计提供更多的物理制约和化学约束。

3.材料特性发展趋势新材料发展的另一个趋势是优化各种物理和化学特性。

2019年度国家大学生创新创业训练计划拟立项项目

互联网+共享经济下的移动通勤出行
创新训练类
闫国富
1
国家级
基于帕尔贴效应的空气取水装置
创新训练类
陈子轩
1
省级
聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺研究
创新训练类
崔晓栋
1
省级
碳纤维汽车零部件超声辅助胶连接工艺研究
创新训练类
季炜
1
省级
对橡胶带式无级变速器传递效率的试验研究
创新训练类
赵一宁
1
省级
纤维增强的高精度水泥工艺品3D打印系统的研究
1
国家级
124
能动学院
125
能动学院
126
能动学院
127
能动学院
128
能动学院
129
能动学院
130
能动学院
131
能动学院
132
能动学院
133
能动学院
134
能动学院
135
能动学院
136
能动学院
137
能动学院
138
土建学院
139
土建学院
140
土建学院
141
土建学院
142
土建学院
143
土建学院
144
土建学院
创新训练类
陈键龙
1
国家级
基于新型吸附式制冷的光伏板降温系统
创新训练类
钱意祯
1
国家级
基于两性纤维素的农药喷洒新技术项目实施方案
创新训练类
李瑞鹏
1
国家级
基于AMEsim的电子液压制动系统
创新训练类
靳丙南
1
国家级