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1. 金属有机框架材料在吸附分离领域的研究进展
霍晓文, 于守武, 肖淑娟, 谭小耀
材料工程    2021, 49 (7): 10-20.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000559
摘要553)   HTML    PDF(pc) (3640KB)(508)    收藏
纳米多孔材料由于具有显著的纳米尺度空间效应,在吸附以及膜分离领域中受到了极大的关注。作为无机多孔材料的延伸,金属有机框架材料(metal organic framework,MOF),由于其较大的比表面积、较高的孔隙率和孔结构可调的特点被广泛地应用于气相储存分离、液相的吸附分离和催化反应等各个领域。本文对MOF的种类进行了分类,并对MOF材料的合成方法和粒径调控机理进行了比较,其中,重点介绍了溶剂热合成法的优点。同时,系统地总结了MOF材料在吸附分离研究中存在的问题和局限,并对先进的基于MOF材料的复合膜制备技术进行了展望;总结了MOF在气体储存分离、液体吸附分离以及膜分离方面的应用。最后,针对复合膜的制备提出了通过改变MOF合成方式改善MOF材料与有机膜相容性的思路。
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2. 高熵合金在钎焊和表面工程领域的应用研究进展
李红, 韩祎, 曹健, MARIUSZ Bober, JACEK Senkara
材料工程    2021, 49 (8): 1-10.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000950
摘要517)   HTML    PDF(pc) (2207KB)(355)    收藏
随着合金制造水平的提高及性能要求的复杂化,高熵合金逐渐引起极大的关注。目前在材料加工领域内的研究主要集中于钎焊和表面工程两大方向。在钎焊领域,高熵合金可以作为钎焊填充材料应用于高温和低温钎焊,本文归纳了合金高熵化的相关经验参数,阐述了第一性原理计算和相图计算等模拟计算手段在高熵合金填充材料设计领域内的应用;详细介绍了高熵合金钎料在镍基高温合金、陶瓷-金属异种材料、低温封装等连接领域的最新研究进展。同时,分析了工艺参数对高熵合金钎料钎焊接头组织与性能的影响。在表面工程领域,论述了高熵合金薄膜/涂层的应用方向与制备手段,总结了在高温防护涂层、硬质保护层以及其他应用领域的研究进展。同时归纳了高熵合金在钎焊和表面工程领域研究和应用中存在的问题,而未来将在降低钎料熔点、提高焊缝高温力学性能以及发展共晶高熵合金钎料/涂层等领域进一步提高研究水平。
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3. 基于搅拌摩擦的金属固相增材制造研究进展
石磊, 李阳, 肖亦辰, 武传松, 刘会杰
材料工程    2022, 50 (1): 1-14.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000741
摘要458)   HTML    PDF    收藏
基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类:基于搅拌摩擦搭接焊原理,使板材逐层堆积,从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing,FSAM)技术;采用中空搅拌头,通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)技术;采用消耗型棒材,通过棒材的摩擦表面处理,形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状,对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。
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4. TiO 2/MXene纳米复合材料的可控制备及在光催化和电化学中的应用研究进展
李华鹏, 董旭晟, 孙彬, 周国伟
材料工程    2021, 49 (8): 54-62.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000556
摘要451)   HTML    PDF(pc) (7984KB)(461)    收藏
TiO 2纳米材料因其存在高的光生电子-空穴对复合速率、电子迁移率低、导电性差以及可逆容量低等问题,使其在光催化和电化学等领域的应用受到限制。MXene (M n+1X nT x)作为一种新型的二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物,具有独特的二维层状结构、良好的金属导电性和较高的载流子迁移率等特性,将其引入TiO 2纳米材料中构建TiO 2/MXene纳米复合材料,利用两者的协同作用可进一步提高光电性能。本文从TiO 2纳米材料的角度出发,系统综述了零维、一维和二维TiO 2与MXene纳米复合材料的可控制备、结构性能及在光催化和电化学领域应用的最新研究进展,并着重介绍了纳米复合材料的构筑机理及MXene对提高TiO 2的光催化和电化学性能的增强机制等,分析了目前TiO 2/MXene复合材料的制备及其在光催化和电化学领域应用中存在的不足。此外,从优化制备工艺、提升性能和探索相应的性能增强机制等方面对未来TiO 2/MXene复合材料的研究方向进行了展望。
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5. 全固态锂电池中金属锂负极及其界面设计的研究进展
杨杰, 王凯, 徐亚楠, 王克俭, 马衍伟
材料工程    2021, 49 (8): 26-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000786
摘要396)   HTML    PDF(pc) (19443KB)(326)    收藏
锂金属具有低的氧化还原电位(-3.04 V vs标准氢电极)和高比容量(3860 mAh/g),是理想的锂二次电池负极材料。由金属锂负极/固态电解质/嵌锂正极组装的固态锂电池,有望成为未来航空航天、机器人、高端电子和电动汽车等相关技术产业的动力源。然而,在充放电过程中,由于锂的不均匀沉积-溶解造成锂与电解质接触面产生大量树枝状枝晶,并沿着电解质方向不断生长,最终造成电池内部短路而失效。使用较高杨氏模量的固态电解质,可以很大程度上阻挡锂枝晶的生长,但仍不能满足电池长循环和安全性的要求。此外,金属锂与固态电解质表面是固固接触,造成了界面电阻大以及金属锂与固态电解质的界面反应等问题,这严重阻碍了固态锂金属电池的发展与使用。本文综述了近年来基于固态电解质的金属锂电池抑制锂枝晶生长和提高固固界面相容性的相关策略,并对金属锂/固态电解质界面设计的发展趋势进行展望。
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6. 高熵合金增材制造研究进展
魏水淼, 马盼, 季鹏程, 马永超, 王灿, 赵健, 于治水
材料工程    2021, 49 (10): 1-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000820
摘要378)   HTML    PDF(pc) (4445KB)(376)    收藏
基于不同的高熵合金(high-entropy alloys,HEAs)体系,综述了增材制造高熵合金的最新研究进展,阐述了不同成分高熵合金增材制造的快速凝固微观组织、偏析和析出行为,着重分析了增材制造高熵合金的力学性能、变形及强化机理。指出不同的高熵合金体系应选择适合的增材制造工艺,并且成型质量的影响因素还有待进一步研究,最后提出利用增材制造技术可以研发和制备出具有优异强度-塑性组合的高熵合金。
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7. 钛合金在骨科植入领域的研究进展
刘剑桥, 刘佳, 唐毓金, 王立强
材料工程    2021, 49 (8): 11-25.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000380
摘要375)   HTML    PDF(pc) (8424KB)(326)    收藏
钛合金具有良好的生物相容性,同时相比传统植入物金属材料有较低的弹性模量,在生物环境下具有良好的抗腐蚀性能,这些优异的性能使钛合金作为医用植入物材料备受青睐。钛及钛合金作为医用植入物材料在临床中得到广泛应用。在不同的临床应用过程中,植入物材料常因金属的降解、与骨的生长融合、抗菌等因素,而对材料本身的性能有着不同的要求。因此,制备具有优异综合性能的钛合金材料以满足临床需求是科研工作者当前面临的重要问题。本文系统介绍了医用钛合金材料的结构、性能特点及目前在骨科应用方向的研究现状,在未来研究中,将通过改变元素组成、增加表面改性、优化生产工艺等方式,使钛合金材料能够以优异的综合性能更好地服务于人类。
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8. 石墨烯导热材料研究进展
李岳, 李炯利, 朱巧思, 梁佳丰, 郭建强, 王旭东
材料工程    2021, 49 (11): 1-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000935
摘要369)   HTML    PDF(pc) (7901KB)(668)    收藏
石墨烯作为一种具有超高热导率的二维纳米材料,在导热领域有着广阔的应用前景。本文综述了石墨烯导热材料的研究进展,介绍了石墨烯本征热导率及其层数、缺陷、边缘情况等对热导率的影响,分析了石墨烯纤维的研究现状及存在的问题,讨论了各类石墨烯导热薄膜(纯石墨烯薄膜/石墨烯杂化薄膜/石墨烯聚合物复合薄膜)热导率的影响因素,归纳总结了各类三维石墨烯导热材料(无规分散石墨烯三维复合材料和特定结构石墨烯三维复合材料)的结构、性能与研究现状,最后指出了目前几种导热材料研究存在的问题并展望了石墨烯未来导热领域的发展方向,尤其是在LED照明、智能手机等高功率、高度集成系统中,石墨烯导热材料有着良好的发展前景。
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9. 光子晶体在光催化领域的研究进展
褚召冉, 陈功, 赵雪伶, 林东海, 陈诚
材料工程    2021, 49 (8): 43-53.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000885
摘要354)   HTML    PDF(pc) (9997KB)(242)    收藏
光子晶体是由具有不同介电常数的物质,在空间按照周期性排列形成具有光子带隙的介电结构材料。光子带隙中的慢光子和带隙反射可以促进光子的捕获和控制光与物质之间的相互作用。基于光子晶体独特的光学特性和较大的比表面积,将光子晶体结构引入到半导体光催化材料的设计中,可以有效地增强光催化反应活性。本文介绍了三维光子晶体的制备方法及慢光子效应,总结了光子晶体特别是反蛋白石结构的光子晶体作为光催化剂在废水净化、制氢、二氧化碳的转化等领域的研究进展,并针对光子晶体光催化剂面临的挑战,提出了开发具有不同折射率和周期性的多层三维光子晶体,促进光子晶体在光催化领域的应用。
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10. 单晶高温合金雀斑研究进展
王志成, 李嘉荣, 刘世忠, 赵金乾, 史振学, 王效光, 杨万鹏, 岳晓岱
材料工程    2021, 49 (7): 1-9.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001127
摘要348)   HTML    PDF(pc) (8017KB)(204)    收藏
为满足先进航空发动机发展需求,航空发动机涡轮叶片的结构日趋复杂,并且作为涡轮叶片首选材料的单晶高温合金中高熔点合金元素含量不断增加,由此导致单晶高温合金涡轮叶片制备过程中结晶缺陷形成倾向增大,直接影响单晶涡轮叶片的质量。本文以单晶高温合金定向凝固过程中出现的一种晶体缺陷——雀斑为讨论对象,综述了近年来雀斑形成机制、判据模型及其控制方法相关研究工作,分析了合金成分、叶片结构、定向凝固工艺和结晶取向对雀斑形成机制的影响,指出考虑不同合金体系中的合金元素与定向凝固过程的参数对雀斑形成的影响,进一步研究复杂结构单晶涡轮叶片雀斑形成规律,建立雀斑预测与控制的有效方法是未来的研究方向。
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11. 锂离子电池浆料的制备技术及其影响因素
欧阳丽霞, 武兆辉, 王建涛
材料工程    2021, 49 (7): 21-34.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000088
摘要346)   HTML    PDF(pc) (5594KB)(161)    收藏
新能源汽车行业的蓬勃发展对高性能锂离子电池需求越来越迫切。作为锂离子电池的重要组成部分,电极性能对于锂离子电池整体性能的影响十分显著。而在电极中,作为多组分混合物浆料的均匀性和稳定性对于电极片性能的影响巨大。但是目前研究者们的重点通常都是放在电极特性和电池组装工艺上,对决定电池性能浆料的特性研究较少。电极组分的均匀性是由浆料组分的均匀性和稳定性决定,而浆料是一种多组分悬浮颗粒组成的复杂体系,其均匀性和稳定性难以直接观测,浆料的流变性能是当前能反映浆料均匀性和稳定性的最有效的指标参数。本文阐述了近年来锂离子电池电极浆料制造过程中活性物质、黏结剂、导电剂、溶剂、分散添加剂、pH值、温度、混合步骤对浆料流变性能的影响,总结了这些因素对浆料流变性能的影响规律,为研制出更加均匀和稳定的浆料体系及高性能锂离子电池提供一定的指导作用。
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12. 锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展
汪晨阳, 张安邦, 常增花, 吴帅锦, 刘智, 庞静
材料工程    2022, 50 (1): 67-79.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000021
摘要330)   HTML    PDF(pc) (10514KB)(387)    收藏
随着人们对锂离子电池需求的日益增加,高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度,除此以外,孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定电极及电池性能的关键因素。通过优化电极结构设计提升高比能电池的性能逐渐成为人们关注的焦点。本文综述了锂离子电池多孔电极结构设计优化的研究进展,总结了多孔电极结构设计要素及制备方法,最后对电极结构设计优化以及推动新型制备技术的规模化应用在高比能锂离子电池领域的未来发展前景进行展望。
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13. 电解液化学保护锂金属电池负极的研究进展
杨珺, 林元华, 廖丽, 陈杨阳, 冯炫杰, 李佩, 纪洪江, 王明珊, 陈俊臣, 李星
材料工程    2021, 49 (7): 35-45.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000265
摘要323)   HTML    PDF(pc) (1325KB)(418)    收藏
锂金属电池被认为是最具潜力的高能量密度储能器件之一,但是锂金属电池负极低库仑效率及不可控的枝晶生长等问题阻碍了其商业化进程。在锂金属电池中,电解液会直接参与固态电解质界面膜(SEI)的形成,对锂金属负极的库仑效率、枝晶生长等产生重要影响。传统LiPF 6基酯类电解液中,锂金属库仑效率低,且锂枝晶现象严重。近年来通过电解液添加剂、溶剂、锂盐以及锂盐浓度等途径调控电解液化学,在锂金属负极保护上取得了显著效果。例如,采用与锂金属负极兼容性更佳的醚类溶剂,可以降低电解液与锂金属的反应性;采用多种添加剂与新型锂盐复配可以有效抑制锂枝晶的形成;采用高浓度锂盐电解液,可以形成稳定SEI膜等。本文综述了锂枝晶的生长原理以及通过溶剂、锂盐、添加剂和高浓度电解液等策略调控电解液化学保护锂金属电池负极的研究现状,总结了各种途径的优势及局限性。并对锂金属电池电解液的发展提出了新的见解,以激发新的策略面对锂金属电池后续的挑战。
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14. 二维材料MXene在水处理领域的应用
张文娟, 寇苗
材料工程    2021, 49 (9): 14-26.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000097
摘要319)   HTML    PDF(pc) (15426KB)(214)    收藏
MXene是一类新兴二维(2D)结构的过渡金属碳/氮化物材料,具有独特的层状结构、亲水性、高导电性和催化活性等特点,在水处理领域受到越来越多的关注。首先介绍了MXene及其合成方法,综述了MXene在吸附、光催化和膜分离等方面的应用。其次讨论了MXene的结构调控、表面改性以及复合等对MXene吸附性能的影响机制和有效异质结的形成、活性晶面的暴露以及贵金属沉积等对MXene基光催化剂催化性能的影响机制;详述了构建高效分离污染物、淡化海水的MXene基分离膜的方法。最后归纳并分析了目前MXene在水处理领域应用中存在的问题,对如何设计性能优异的MXene基水处理材料提出了展望。
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15. 纤维素/木质素微球抗紫外薄膜制备与性能研究
万玉玲, 胡雨璐, 许杜鑫, 黄剑波, 许凤, 吴玉英, 张学铭
材料工程    2021, 49 (7): 56-63.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001163
摘要318)   HTML    PDF(pc) (11311KB)(167)    收藏
随着包装工业的快速发展和人类社会对环保要求的提高,功能性且可生物降解的包装膜材料越来越受到人们的重视。然而,目前市场上的可降解包装膜材料由于成本较高、力学性能差以及耐水性低而限制了其发展。采用自组装方法制备木质素微球,并将其沉积在纤维素膜表面,制备出一种新型纤维素基抗紫外薄膜材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和激光共聚焦电子显微镜对薄膜的表面性能进行研究。利用抗张实验和紫外透光率测试对纤维素基功能薄膜的力学性能和抗紫外性能进行表征。结果表明:自沉积木质素微球在纤维素膜表面分布均匀,尺寸为1~2 μm;纤维素薄膜疏水改性后有助于木质素微球的沉积,且沉积量随着木质素质量浓度的增加而增大。由于木质素微球的引入,纤维素复合膜的抗张强度比对照样增加22%,同时其对UVB屏蔽效果可达94%。
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16. 掺杂对Sr 2Fe 1.5Mo 0.5O 6-δ阳极材料电化学性能影响研究进展
张少威, 蒲秀好, 万艳红, 祝康, 夏长荣
材料工程    2021, 49 (9): 1-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001139
摘要284)   HTML    PDF(pc) (8792KB)(177)    收藏
固体氧化物燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的清洁、高效的能量转化器件。传统的金属陶瓷阳极材料存在碳沉积、硫中毒和氧化还原循环稳定性差等缺点,限制了其商业化应用。为了改善金属陶瓷阳极在实际应用中遇到的问题,近年来混合电子-离子导体的钙钛矿陶瓷阳极得到了长足的发展。其中,结构组成为Sr 2Fe 1.5Mo 0.5O 6-δ的阳极材料具有较好的稳定性、较高的电导率、合适的热膨胀系数和优异的电化学性能,因而被广泛研究,特别是元素掺杂。本工作根据钙钛矿 ABO 3可掺杂的位置,分别从 A位、 B位和O位掺杂进行讨论,总结了各元素掺杂和掺杂量对Sr 2Fe 1.5Mo 0.5O 6-δ的容忍因子、晶体结构、稳定性、电导率、热膨胀系数和电化学性能等的影响。这些掺杂策略为改性Sr 2Fe 1.5Mo 0.5O 6-δ钙钛矿阳极提供了新颖的思路,此思路也可用于改性其他同类钙钛矿阳极材料。最后总结了Sr 2Fe 1.5Mo 0.5O 6-δ和典型钙钛矿陶瓷阳极材料的发展方向:一方面可通过阴离子掺杂和共掺杂策略进一步提高钙钛矿陶瓷阳极材料的性能;另一方面可采用密度泛函理论进一步阐明元素掺杂的作用机制。
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17. 电弧熔丝增材制造铝合金研究进展
韩启飞, 符瑞, 胡锦龙, 郭跃岭, 韩亚峰, 王俊升, 纪涛, 卢继平, 刘长猛
材料工程    2022, 50 (4): 62-73.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000343
摘要278)   HTML4)    PDF(pc) (11774KB)(326)    收藏

电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注,有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来,二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点,论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题,提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向,为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。

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18. 高熵合金摩擦磨损性能的研究进展
于源, 乔竹辉, 任海波, 刘维民
材料工程    2022, 50 (3): 1-17.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000823
摘要276)   HTML8)    PDF(pc) (11866KB)(185)    收藏

近年来, 高熵合金成为金属材料领域的研究热点。高熵合金处于相图中心区域, 具有广阔的合金成分空间和组织结构形成可能; 成分和制备工艺的协同调控, 能够获得更丰富的组织结构; 非常规的化学结构有望突破传统抗磨、润滑合金的性能极限。本文讨论了耐磨高熵合金的分类, 分析了化学活泼金属、软金属、难熔金属的添加对高熵合金抗磨、润滑性能的影响规律; 总结了非金属元素和陶瓷相的添加对高熵合金基复合材料摩擦磨损性能的影响; 综述了热处理和表面工程技术对高熵合金表面组织结构和摩擦磨损行为的作用; 讨论了苛刻工况下抗磨润滑高熵合金的设计方法。对未来高熵合金在摩擦磨损领域的研究和应用进行了展望, 高熵合金在解决传统合金的瓶颈问题上具有巨大潜力, 如在极端工况下实现稳定润滑抗磨、保证特定功能作用下实现抗磨。

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19. 界面层对CVI-mini SiC f/SiC复合材料力学性能的影响
赵文青, 齐哲, 吕晓旭, 焦健, 马壮, 朱时珍
材料工程    2021, 49 (7): 71-77.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000157
摘要265)   HTML    PDF(pc) (13776KB)(307)    收藏
利用化学气相渗透法(CVI)在束丝SiC纤维表面沉积BN和BN/SiC两种界面层,并将其制备成mini碳化硅复合材料。应用扫描电镜(SEM)观察了界面层和mini复材的表面和断口形貌,应用原子力显微镜(AFM)表征了界面层的表面粗糙度。采用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对界面层结构进行表征,利用电子万能试验机对mini复材的拉伸性能进行分析。结果表明,CVI方法制备的BN表面光滑,为层状-岛状生长,与基体结合较弱,其mini复材拉伸强度为970 MPa。热处理后的BN结晶度增强,表面粗糙度增大,与基体的结合略微增强,其mini复材拉伸强度有所提升,为1050 MPa。BN/SiC界面层表面粗糙,为岛状生长,与基体的结合较强,其mini拉伸强度最高,为1720 MPa。
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20. 7050铝合金结构件热处理与冷成形过程残余应力演化规律的数值模拟
王浩, 肖纳敏, 李惠曲, 王晓
材料工程    2021, 49 (8): 72-80.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000242
摘要259)   HTML    PDF(pc) (14415KB)(217)    收藏
基于Hansel-Spittel黏塑性流变应力模型以及应力-应变曲线构建7050铝合金在不同温度区间的材料本构方程。采用有限元仿真技术,首先分析试块级试样淬火与冷压缩过程的残余应力变化,模拟的分布规律与试块的超声测试分析结果一致。在此基础上,研究带筋条结构的铝合金结构件淬火热处理与冷变形工艺残余应力演化规律,并对结构件开展了超声残余应力测试和机加工变形验证。结果表明:淬火后残余应力呈外压内拉分布。不同的冷变形工艺对结构件淬火残余应力的消减程度有较大差异。对于冷压缩工艺,当变形量超过2%后,辐板压缩对辐板心部的应力状态改善较好,而筋条压缩只改善筋条局部位置的应力状态。3%压下量的冷拉伸工艺对整体的应力状态改变较大,可同时有效改善筋条部位和辐板部位残余应力的均匀性。经冷拉后,铝合金结构件机加工变形程度可得到明显改善。
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21. 超高温陶瓷改性碳/碳复合材料
解齐颖, 张祎, 朱阳, 崔红西
材料工程    2021, 49 (7): 46-55.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001100
摘要258)   HTML    PDF(pc) (9565KB)(287)    收藏
碳/碳(C/C)复合材料因密度低、抗热震性能好以及高温力学性能优异等众多优点被广泛应用于航空航天领域,但抗氧化性较差使其应用受到很大限制。将超高温陶瓷(UHTCs)引入C/C复合材料基体制备超高温陶瓷基体改性碳/碳复合材料(C/C-UHTCs)是目前提高C/C复合材料抗氧化性的主要途径。当前C/C-UHTCs的多种制备工艺都无法兼具低成本、高效率、均匀致密的效果;相比于C/C复合材料,C/C-UHTCs的抗氧化耐烧蚀性能和力学性能都得到了提升。为了满足现代尖锐前缘飞行器的发展需求,C/C-UHTCs的抗氧化耐烧蚀性能还需要进一步提高;同时,还需要降低C/C-UHTCs的脆性,提高材料的可靠性,避免发生脆性断裂。为了给后续研究提供参考,从制备工艺、结构特征、抗氧化耐烧蚀性能以及力学性能四个方面综述了C/C-UHTCs当前的研究进展,并预测C/C-UHTCs的制备工艺将从降低成本、减小对纤维增强体的损伤等角度进一步优化,以赋予制备材料更为均匀致密的结构以及更优的性能。
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22. 催化炭化-原位反应/反应熔体浸渗法制备C/C-SiC复合材料
张海连, 段淼, 李四中, 林志勇
材料工程    2021, 49 (7): 85-91.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000542
摘要253)   HTML    PDF(pc) (17127KB)(114)    收藏
利用三氯化铝为催化剂、煤焦油为前驱体催化炭化致密化碳毡制备C/C复合材料,在此基础上结合同步浸渍原位反应或反应熔体浸渗过程制备C/C-SiC复合材料,并对复合材料的微观结构、力学性能等进行表征分析。结果表明:在催化炭化-原位反应法制得的C/C-SiC复合材料中,SiC多以纳米线的形式存在于碳纤维束内部和碳纤维束之间的孔隙,C/C-SiC复合材料总体表现出假塑性断裂模式,其弯曲强度达到了(158±12) MPa;而催化炭化-反应熔体浸渗法制得的C/C-SiC复合材料中,SiC以立方体、六方体颗粒存在,复合材料的断裂行为呈现出脆性断裂模式,弯曲强度达到了(150±10) MPa。相对于催化炭化-反应熔体浸渗法,催化炭化-原位反应法所得到的C/C-SiC复合材料具有工艺简单、成本低、力学性能优异等诸多优势。
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23. 分级结构苯并噻二唑聚合物应用于可见光诱导硫醚选择性氧化
晏秘, 薛云, 申妍铭, 程琥, 庄金亮
材料工程    2021, 49 (7): 64-70.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001202
摘要250)   HTML    PDF(pc) (7464KB)(136)    收藏
以4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑为光活性基团,将其与1,3,5-三乙炔苯通过Sonogashira偶联反应合成出苯并噻二唑功能化的CMP-3-BT共轭微孔聚合物。所合成的CMP-3-BT由微球和弯曲丝状纳米带组成,呈现出复杂的分级结构,且具有半导体性质,其禁带宽度为2.24 eV。以蓝光LED灯(425 nm,3 W)为光源,以过氧化氢为辅助剂,在室温和氧气氛围下,CMP-3-BT可将各种取代苯甲硫醚高效、高选择地氧化成相应的甲基苯基亚砜。电子顺磁共振谱表明上述光催化过程产生的 1O 2和O 2 ·-是氧化苯甲硫醚的主要活性物种。CMP-3-BT经过6次循环使用后催化性能未发生改变,表明CMP-3-BT是一种结构稳定、性能优异、可循环利用的绿色催化剂。
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24. Cu 2ZnSnS 4/Bi 2FeCrO 6半导体异质结的脉冲激光沉积法制备及其光电性能
王杰, 马帅, 夏丰金, 董红周, 沙震宗, 贾瑞彬
材料工程    2021, 49 (7): 103-111.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001092
摘要244)   HTML    PDF(pc) (23439KB)(78)    收藏
为充分发挥无机铁电氧化物双钙钛矿Bi 2FeCrO 6(BFCO)的光电特性,选择P型半导体化合物Cu 2ZnSnS 4(CZTS)作为空穴传输层与BFCO结合,构建半导体异质结。采用脉冲激光沉积法(PLD)制备得到上述两种多元化合物薄膜,SEM,AFM,EDS及XRD测试结果可证明所得产物形貌均匀致密、且符合化学计量比;原位逐层沉积技术可以抑制异质结界面缺陷和杂质的产生。着重研究了沉积温度及不同基底对薄膜性能的影响。采用基于可见光吸收谱的测试和Tauc方法分别估算BFCO和CZTS薄膜的禁带宽度,结果分别为2.23 eV和1.49 eV。研究结果表明:该异质结具有良好的整流特性;当电场强度在0.5 kV/cm到2.0 kV/cm之间时,结构漏电机制符合Schottky发射模型。
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25. 基于MOFs的碳纳米管复合材料的制备和应用进展
乔俊宇, 李秀涛
材料工程    2021, 49 (9): 27-40.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000599
摘要241)   HTML    PDF(pc) (14523KB)(194)    收藏
碳纳米管(CNTs)作为纳米材料研究中的一个重要发现,自其诞生以来就成为碳材料领域的研究热点之一。金属有机框架(MOFs)凭借其独特的多孔结构,近年来在各领域的应用已经成为研究前沿之一。随着材料科学的不断发展,对具有不同功能特性材料的复合技术研究,已经成为解决材料应用领域中关键问题的主要方法。而碳纳米管和金属有机框架作为目前材料领域两类十分重要的纳米材料,通过复合技术将碳纳米管的高导电特性和金属有机框架材料的高比表面积、丰富孔道分布特性相结合是研究与应用的必然趋势。本文综述了近年来金属有机框架和碳纳米管的主要复合形式和制备方法,整理了复合材料在超级电容器、锂电池、催化、吸附等领域的最新研究进展,对两种材料性能的协同提升方面进行了讨论和总结,并指出CNTs与MOFs材料的复合以及CNTs的生长分布具有很高的随机性,对其实现进一步控制是未来的技术研究重点。
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26. 料浆对熔渗工艺制备碳纤维织物增强碳化硅复合材料的影响
焦春荣, 焦健
材料工程    2021, 49 (7): 78-84.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000059
摘要240)   HTML    PDF(pc) (14055KB)(114)    收藏
针对航空发动机热端部件复杂结构存在的陶瓷基复合材料成型难度大的问题,以碳纤维织物为增强体,以有无添加粉体的两种树脂料浆为研究对象,开展料浆-熔渗工艺制备碳纤维织物增强碳化硅复合材料技术研究,探索两种料浆的注浆成型及熔渗工艺适应性,并对获得的复合材料基本性能进行表征。结果显示:有无添加粉体的两种料浆的黏度适中,在注浆工艺温度下具有3~5 h以上的注浆工艺窗口,通过注浆成型工艺均可获得少孔隙、质量均匀的树脂基复合材料;无粉体和有粉体的料桨固化物在900℃炭化后,孔隙率分别为39.6%和31.3%,残炭率分别为24%和76%,平均孔径分别为0.068 μm和0.069 μm,能够满足熔渗工艺的要求;采用添加粉体的料浆制备的碳纤维织物增强碳化硅复合材料具有更低的气孔率(3.54%)和更高的弯曲强度(162 MPa),满足航空发动机静止部件的应用要求。
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27. 合金化组元(Al,Cr,Si,Ti)含量对激光沉积(FeNiCo)-(AlCrSiTi)非等原子比多组元合金涂层组织与力学性能的影响
唐延川, 万能, 唐兴昌, 刘德佳, 焦海涛, 胡勇, 赵龙志
材料工程    2021, 49 (7): 92-102.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000671
摘要237)   HTML    PDF(pc) (24648KB)(61)    收藏
采用激光沉积制备不同含量合金化组元(Al,Cr,Si,Ti)的(FeNiCo)-(AlCrSiTi)多组元合金涂层,研究合金化组元含量对涂层组织与力学性能的影响。结果表明:随着合金化组元(Al,Cr,Si,Ti)含量的增加,涂层中面心立方(FCC)相含量逐渐降低,由FCC相+体心立方(BCC)相的双相结构转变为以BCC相为主的结构,且BCC相内纳米析出相颗粒密度显著增加,颗粒平均尺寸由97 nm降低至36 nm;同时,随着合金化组元含量的增加,涂层中等轴晶组织区域面积增大,等轴晶显著细化,平均晶粒尺寸最小仅为10.8 μm;涂层截面平均显微硬度由271HV 0.1上升至718HV 0.1,但涂层抗弯强度由2208 MPa降低至1374 MPa,所能承受的最大弯曲应变也由7.3%降低至0.47%。
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28. 基于核壳结构粉体设计的CoNiCrAlY-Al 2O 3复合涂层组织结构及其抗氧化性能
谷籽旺, 郭文敏, 张弘鳞, 李文娟
材料工程    2021, 49 (7): 112-123.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001065
摘要232)   HTML    PDF(pc) (17286KB)(69)    收藏
采用核壳结构设计思想,成功将Al 2O 3包覆于CoNiCrAlY粉体表面制备核壳结构粉末,并通过正交实验设计优化核壳结构粉体的球磨制备工艺;探讨超音速火焰喷涂CoNiCrAlY-Al 2O 3涂层相结构与微观组织演变规律;对比研究CoNiCrAlY涂层和CoNiCrAlY-Al 2O 3复合涂层800℃的氧化行为。结果表明:各球磨工艺参数对核壳结构粉末的平均包覆率影响程度从大到小依次为:球磨转速、球料比与球磨时间。制备CoNiCrAlY-Al 2O 3核壳结构粉末最佳的球磨参数为:球磨转速180 r/min,球料比10∶1,球磨时间6 h。超音速火焰喷涂CoNiCrAlY涂层由γ-Co-Ni-Cr相组成。核壳结构粉末中高熔点Al 2O 3外壳显著抑制了CoNiCrAlY合金在喷涂过程中的氧化行为,导致CoNiCrAlY-Al 2O 3复合涂层β-NiAl相含量明显增加,涂层孔隙率升高,未熔颗粒增多。由于CoNiCrAlY-Al 2O 3涂层中的β-NiAl以及Al 2O 3含量较高,涂层表面在高温氧化过程中形成了致密的富Al 2O 3的保护层,抑制了非保护性氧化物的生长,使该涂层具有更优异的抗高温氧化性能。
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29. Al 2O 3型壳与定向凝固合金IC10的界面反应
吴笑非, 姚建省, 王丽丽, 董龙沛, 武振强, 沈滨, 杨小薇
材料工程    2021, 49 (7): 141-147.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000302
摘要230)   HTML    PDF(pc) (5927KB)(89)    收藏
采用扫描电子显微镜、能谱分析等研究定向凝固合金IC10与Al 2O 3陶瓷型壳的界面反应。结果表明:Al 2O 3型壳与IC10合金发生界面反应,合金表面粘砂严重;IC10合金中由于含有1.5%(质量分数,下同) Hf,使其活泼程度明显增加。界面反应层厚度约5~8 μm,反应区分成内、外两层,外层为HfO 2,内层为富(Al,Ta,Nb)氧化物层,Al含量占80%。Hf和Al是界面反应的主导元素。
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30. 镁合金表面氧化石墨烯复合涂层的研究现状
陈燕宁, 吴量, 陈勇花, 程苓, 姚文辉, 潘复生
材料工程    2021, 49 (12): 1-13.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000291
摘要228)   HTML    PDF(pc) (19911KB)(211)    收藏
镁合金具有密度小、阻尼减振降噪性好和导电性好等优点,是目前工程应用中最轻的金属结构材料。但镁合金电极电位低、易腐蚀的缺点,限制了其在工业上的应用。目前,表面涂层防护技术是提高镁合金耐腐蚀性最有效的方法之一。氧化石墨烯(GO)因具有显著的热学和阻挡性能,在金属保护等方面具有广阔的应用前景。基于GO设计的涂层可以对腐蚀性介质提供良好的物理屏障,已成为防腐蚀涂层的候选材料之一。本文对单一组分的GO纳米片本身存在团聚和相容性差等局限性问题提出了解决方案。主要回顾了GO复合涂层制备方法和类型,总结了在镁合金防腐领域的最新研究进展,并深入分析了其保护机理。最后,对GO运用到的镁合金表面腐蚀防护涂层的未来发展趋势进行展望。重点阐述了镁合金表面氧化石墨烯复合涂层的制备方式以及种类,综合说明了镁合金表面氧化石墨烯涂层的研究进展以及腐蚀保护机制。
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31. 中国航天科技发展对高性能材料的需求
周亦人, 沈自才, 齐振一, 薛玉雄, 贺洪波, 王胭脂
材料工程    2021, 49 (11): 41-50.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000129
摘要226)   HTML    PDF(pc) (4129KB)(309)    收藏
随着我国月球取样返回、火星探测的开展以及空间站建设的推进,航天任务的发展对高性能材料提出了新的要求。本文在对我国航天发展现状和趋势进行简要分析的基础上,从轻质高性能结构机构材料、轻质高效热防护材料、结构功能一体化材料、新型多功能复合防护材料、耐极端温度功能材料、智能材料、高性能航天服材料、功能梯度材料、超材料、3D打印材料及4D打印材料与结构等角度论述了我国航天科技发展对高性能材料的需求,最后提出了利用纳米技术、材料基因工程等新技术,并将空间环境纳入航天材料的研制全流程中,进一步开展航天材料的研制和开发。
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32. 化学镀制备纳米银-石墨烯复合材料及其电化学性能
李金磊, 邓凌峰, 张淑娴, 谭洁慧, 覃榕荣, 王壮
材料工程    2021, 49 (8): 127-138.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000903
摘要226)   HTML    PDF(pc) (17302KB)(73)    收藏
以葡萄糖为还原剂,采用化学镀原位合成纳米银-石墨烯复合材料(Ag/GR),通过X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法对材料的结构形态进行表征分析。结果表明,石墨烯表面银的负载形态为预期的单质状态,AgNPs平均粒径约为21 nm。同时,利用循环伏安法(CV)、交流阻抗谱(EIS)、线性伏安扫描法(LSV)和差分脉冲伏安法(DPV)对抗坏血酸(AA)在Ag/GR/GCE电化学传感器上的电化学响应进行研究。电化学测试结果表明,Ag/GR复合材料具有最高的响应电化学信号212.9 μA和最低的电荷转移电阻90.5 Ω,峰值电流约为石墨烯电极(110 μA)的2倍和玻碳电极(42.5 μA)的5倍,AgNPs与石墨烯具有良好的协同作用,对AA具有明显的电催化活性。AA的阳极峰电流在5~120 μmol/L浓度范围内线性增加。然而,AA的阳极峰电流与浓度范围为50~120 μmol/L的自然对数高度相关,检测限为0.06 μmol/L。
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33. 添加Si对马氏体不锈钢淬火-配分组织和性能的影响
王官涛, 周永浪, 赵卓, 王立军, 刘春明
材料工程    2021, 49 (8): 97-103.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000810
摘要224)   HTML    PDF(pc) (15271KB)(158)    收藏
为改善马氏体不锈钢的强塑性和耐蚀性,设计制备了Si含量不同的两种氮合金化马氏体不锈钢10Cr13N钢和10Cr13Si2N钢。对实验钢进行了改变配分时间但恒定淬火终止温度和配分温度的淬火-配分处理,从显微组织和力学性能的变化规律探究添加Si元素的作用与机理。结果表明:实验钢淬火-配分处理后得到板条马氏体加残余奥氏体为主的复相组织,其强塑性配合显著高于淬火-回火状态。随配分时间的延长,两种钢组织中残余奥氏体的含量呈现先上升后下降的极值规律,这一变化对强度影响不大,但对伸长率影响较为显著。增加钢中的Si含量,有利于抑制马氏体中碳氮化物析出并提高残余奥氏体含量和稳定性,在使钢的冲击韧性略微下降的同时可显著改善钢的变形能力。
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34. 化学强化铝硅酸盐玻璃表面微观力学行为的有限元模拟
李晓宇, 姜良宝, 刘家希, 王敏博, 李佳明, 颜悦
材料工程    2021, 49 (7): 148-157.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000050
摘要222)   HTML    PDF(pc) (9762KB)(123)    收藏
采用有限元方法研究化学强化铝硅酸盐玻璃的表面硬度、模量等微观力学行为,并与纳米压痕实验结果进行对照。结果表明,通过有限元计算获得的纳米压痕载荷-位移曲线与实验结果吻合度良好,根据有限元模拟得到的载荷-位移曲线,采用Oliver和Pharr方法计算出的硬度和杨氏模量值与实验得到的硬度和杨氏模量值非常接近。模拟过程中采用了根据Larsson塑性公式计算出的铝硅酸盐玻璃屈服强度与塑性区域的应力应变关系,模拟结果与实验结果吻合度高说明根据Larsson塑性公式获得的铝硅酸盐玻璃塑性参数准确度较高。根据有限元模拟得到的应力分布情况,分析了铝硅酸盐玻璃在化学强化前后的弹塑性变形行为,结果表明化学强化产生的表面压应力层对铝硅酸盐玻璃的弹性区影响较大,对塑性区影响较小。
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35. 热氧老化对木橡塑三元复合材料力学性能及耐热性能的影响
王伟东, 李奇, 赵雪松, 张阁昊
材料工程    2021, 49 (8): 139-144.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000366
摘要220)   HTML    PDF(pc) (2983KB)(30)    收藏
合理利用废旧橡塑,可以避免其环境污染,同时也可改良复合材料性能。本研究采用再生高密度聚乙烯(PE-HD)、沙柳木粉和废旧轮胎粉等原材料,通过模压成型制备木橡塑三元复合材料(WRPC)。探究不同热氧老化时间作用下WRPC力学性能及耐热性能的变化规律,采用FTIR和SEM分析其老化机理和表面形貌。研究结果表明:热氧老化降低了WRPC的力学性能,老化100 h后,静曲强度、弹性模量、拉伸强度和冲击强度保持率分别为93.40%,84.74%,79.75%和82.63%;储能模量和损耗模量保持率分别为84.34%和89.18%,材料刚性和阻尼性能降低;维卡软化温度和热变形温度先上升后下降,材料抵抗外力变形的能力减弱。FTIR和SEM分析可知,老化过程中WRPC发生了氧化反应,羰基指数先上升后下降,WRPC表面出现了裂纹和孔洞。
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36. 气压浸渗法制备ZrC-W-Cu复合材料的显微组织与力学性能
邢宇轩, 郭英奎, 陈磊, 赵壮志, 王玉金
材料工程    2021, 49 (7): 124-132.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000286
摘要218)   HTML    PDF(pc) (18730KB)(67)    收藏
为提高钨渗铜材料的性能以适应先进推进技术发展的需求,以ZrC粉和W粉为原料,采用无压烧结工艺制备ZrC-W多孔骨架,进而采用气压浸渗工艺对开气孔在20%左右的ZrC-W骨架压力渗铜,制备出ZrC-W-Cu复合材料。研究ZrC含量对ZrC-W骨架开气孔率、压缩强度及ZrC-W-Cu复合材料的显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随着ZrC含量(体积分数,下同)的增加,ZrC-W骨架的开气孔率先升高后降低,在ZrC含量为10%时开气孔率最大,为29.77%;ZrC-W骨架的压缩强度随ZrC含量的增加而下降,且整体低于W骨架;ZrC-W-Cu复合材料维氏硬度随ZrC含量的增加逐步增大,在ZrC含量为15%时达到3.26 GPa;弹性模量基本不变;断裂韧度随着ZrC含量的增加先升高后降低,抗弯强度在ZrC含量为4%时达到最大值,为1243 MPa。
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37. 石墨烯基气凝胶微球的研究进展
李天, 支丹丹, 郭子浩, 郭玮琳, 张美玲, 孟凡彬
材料工程    2021, 49 (11): 14-29.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2021.000030
摘要215)   HTML    PDF(pc) (23594KB)(390)    收藏
近年来,石墨烯基气凝胶(GAs)因其低密度、高比表面积及多孔结构等优异特性被广泛研究并在诸多应用领域内表现出极大的潜力。但是传统块状石墨烯基气凝胶往往具有设备依赖性强、材料尺寸大及量化生产性差等缺点,并且忽略了特定应用场景对材料形状尺寸的要求,从而限制了其实际应用与发展。石墨烯基气凝胶微球(GAMs)作为一种具有新颖结构的新型材料,不仅具有GAs的各种优势特征,而且具有灵活可控的尺寸及可量化生产能力等优点,大大丰富了GAMs的应用场景。本文将对GAMs的制备方法及其结构特征,以及在水污染处理、电磁波吸收、电催化等领域研究现状进行详细阐述,指出微球成形组装过程中的内在机制。
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38. 乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙6复合材料的加工流变性能
易著武, 刘跃军, 刘小超, 杨坚, 李祥刚, 范淑红
材料工程    2021, 49 (8): 145-152.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2019.001133
摘要207)   HTML    PDF(pc) (7436KB)(78)    收藏
采用熔融共混法制备了乙烯-乙烯醇共聚物/尼龙6(EVOH/PA6)复合材料,用高级毛细管流变仪和旋转流变仪研究了复合材料的加工流变特性。通过幂律模型对EVOH/PA6复合材料的黏度与剪切速率($\mathop \gamma \limits^.$)的关系进行了拟合,并用Arrhenius方程描述了复合材料黏度与温度的关系。结果表明,EVOH/PA6复合材料为假塑性流体,复合材料的表观黏度( η a)和非牛顿常数( n)随着EVOH添加量的增加而增大。在角频率( ω)扫描范围内,EVOH的加入提高了EVOH/PA6复合材料的储能模量( G')、损耗模量( G″)和复数黏度| η*|。用Han曲线、Cole-Cole曲线和扫描电子显微镜(SEM)等方法研究发现,EVOH和PA6之间具有较好的相容性。另外,EVOH/PA6复合材料在EVOH的添加量达到15%(质量分数)时形成了微观相分离结构。
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39. SiC晶须增强SiC f/SiC复合材料的力学性能
姜卓钰, 束小文, 吕晓旭, 高晔, 周怡然, 董禹飞, 焦健
材料工程    2021, 49 (8): 89-96.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000806
摘要206)   HTML    PDF(pc) (23213KB)(100)    收藏
以连续SiC纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解工艺,在复合材料基体中引入SiC晶须制备出多级增强的SiC f/SiC-SiC w复合材料,并采用化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层,研究了SiC晶须及其表面BN界面层对复合材料的性能影响。结果表明:在复合材料中引入SiC晶须后,由于晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等作用增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使SiC f/SiC复合材料的压缩强度有明显提高,当引入体积分数为20%的SiC晶须时,复合材料压缩强度提高了22.6%,可达673.9 MPa。通过化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别为414.0,800.3 MPa和22.2 MPa·m 1/2,较SiC晶须表面无界面层时分别提高了13.9%,8.8%和19.0%。
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40. 冷却速度及超声振动协同作用对7085铝合金凝固组织及力学性能的影响
李安庆, 张立华, 蒋日鹏, 李晓谦, 张昀
材料工程    2021, 49 (8): 63-71.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2020.001142
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采用炉冷、空冷、水冷3种不同的冷却方式,同时施加超声外场辅助技术,研究冷却速度、超声外场对7085铝合金凝固组织及性能的影响。采用金相显微镜、扫描电子显微镜及电子万能力学试验机对试样进行基体组织、第二相、抗拉强度和伸长率表征,并分析其凝固机理。结果表明:在炉冷、空冷、水冷3种冷却方式下,施加超声外场后各组试样α-Al微观组织细化率分别为40.2%,14.6%,21.6%,晶粒尺寸与冷却速度的拟合关系分别为: L W=154.4+25.33/ vL S=148.1+15.3/ v,第二相的面积分数分别相对减少32.1%,16.9%,18.5%,第二相的平均长度及宽度也均相对有所减小,其中7085铝合金的抗拉强度分别提高21.7%,21.7%,3.6%,引入超声外场辅助技术后,相比于未施加超声组试样,7085铝合金的伸长率也得到进一步提升,分别提高31.3%,15.7%,41.4%。在超声外场及水冷协同作用下,7085铝合金微观组织及力学性能更佳。
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