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  • 材料工程
      2017年, 第45卷, 第5期 刊出日期:2017-05-20 上一期    下一期
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    2017, 45 (5): 0-0.  
    摘要 ( 151 )   PDF (5804KB) ( 42 )   引文文本
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    研究论文
    连续/脉冲激光再制造FeCrNiCu合金成形层温度场研究
    任维彬, 董世运, 徐滨士, 任君华, 郑显柱, 童继凤
    2017, 45 (5): 1-6.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001131
    摘要 ( 540 )   HTML( PDF (2518KB) ( 102 )   引文文本
    采用非接触式红外高温测试仪对连续/脉冲激光成形两种模式下激光再制造FeCrNiCu合金成形层温度场进行分析,获取了熔池及热影响区温度场分布的一般规律,验证了脉冲激光工艺在控制热输入和成形形变以及降低熔池及热影响区温度方面的工艺优越性。结果表明:脉冲激光成形热影响区峰值温度为730.4~810.5℃,熔池峰值温度为998.7~1383.4℃,明显低于相同工艺下连续输出模式;脉冲激光成形层具有更快的升温及降温速率,利于形成细晶组织和获得良好的力学性能;实际成形实验也进一步验证脉冲激光工艺具有更小的热影响区范围。
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    SiO2/SiCN核壳陶瓷微球的制备及表征
    张海媛, 刘洪丽, 李婧, 康伟
    2017, 45 (5): 7-12.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000641
    摘要 ( 423 )   HTML( PDF (2534KB) ( 74 )   引文文本
    采用乳液技术和先驱体转化法相结合,利用改性后SiO2颗粒表面的双键引发聚硅氮烷(PSN)原位聚合,得到SiO2/PSN核壳结构微球,经高温裂解过程成功制备SiO2/SiCN核壳陶瓷微球。研究SiO2与PSN原料的质量比、固化时间和热解温度对核壳微球形成过程和形貌的影响,并采用SEM,EDS,TEM,FT-IR,XRD对微球的微观形貌、化学成分及物相进行表征。结果表明:SiO2与PSN质量比为1:4时,200℃固化4h得到表面颗粒分布均一、包覆完全的SiO2/PSN核壳微球;经800~1200℃热处理后,得到能保持原来形貌的非晶态SiO2/SiCN核壳陶瓷微球;1400℃热解产物发生结晶,生成了SiO2,SiC和Si3N4晶相。
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    硬脂酸改性镁合金铈钒转化膜的制备与性能
    蒋晓, 郭瑞光, 唐长斌
    2017, 45 (5): 13-19.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000648
    摘要 ( 266 )   HTML( PDF (3160KB) ( 75 )   引文文本
    采用硬脂酸对镁合金铈钒转化膜进行改性处理。利用扫描电镜、接触角测试仪、X射线能谱仪和红外光谱仪对改性膜层的微观结构、表面润湿性能以及化学组成进行分析,并通过防黏附和电化学实验研究膜层的自清洁行为以及耐腐蚀性能。结果表明:硬脂酸对铈钒转化膜的改性处理,不仅对转化膜的裂纹起到修补作用,并且通过接枝硬脂酸的疏水长链使改性膜层表面转化为超疏水性。8h常温浸泡后得到的改性膜层,表面接触角达154.6°,并表现出良好的自清洁性;耐腐蚀能力与原铈钒转化膜相比,膜层电阻Rcoat提高25倍,自腐蚀电流密度icorr降低2个数量级,其耐蚀性能得到显著提升。
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    铈离子对高强铝合金应力腐蚀开裂的缓蚀作用
    李文婷, 王浩伟, 余军, 董泽华, 郭兴蓬
    2017, 45 (5): 20-30.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000220
    摘要 ( 368 )   HTML( PDF (8887KB) ( 91 )   引文文本
    基于慢应变速率拉伸实验(SSRT),采用恒电流极化、电化学噪声(ECN)与电化学阻抗(EIS)等方法,研究7A04铝合金在3.5%(质量分数)NaCl水溶液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为以及Ce3+对其SCC的缓蚀作用,探讨Ce3+对裂纹孕育与发展过程的抑制机理。结果表明:无论是阳极还是阴极极化,均会促进7A04的SCC倾向,前者增加了裂尖的阳极溶解,后者则加速了裂尖的氢脆效应。Ce3+的加入能延缓7A04的SCC断裂时间,但其有效性仅限于裂纹的萌生阶段。由于Ce3+能够抑制铝 合金表面的亚稳态点蚀发育和长大,因而使裂纹的孕育时间显著延长,降低了SCC的敏感性。不过一旦裂纹进入扩展阶段或者试样表面有预裂纹,则由于Ce3+很难迁移到裂纹尖端或在裂尖区难以成膜,不能对裂纹的生长起到有效抑制作用,因而无法降低7A04的SCC发展速率。SEM分析表明7A04铝合金光滑试样SCC主要源于亚稳态或稳态点蚀的诱导作用。
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    B10铜镍合金海水加速腐蚀行为
    刘天娇, 陈惠鹏, 张卫方, 娄伟涛
    2017, 45 (5): 31-37.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000411
    摘要 ( 399 )   HTML( PDF (3922KB) ( 114 )   引文文本
    B10铜镍合金具有优良的耐海水腐蚀性能,为研究其在海水中的腐蚀行为,取厦门天然海水,加入双氧水作为腐蚀加速剂,在室内模拟海水全浸腐蚀实验,采用失重法、电化学阻抗谱(EIS)技术分析B10合金在海水腐蚀中的腐蚀速率随腐蚀时间的变化规律,用不同腐蚀周期的电化学阻抗谱特征来表征工作面积为1cm2的合金表面氧化膜的生长破坏情况。结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDX)、XPS和拉曼光谱技术分析B10合金表面腐蚀产物膜的成分以及B10合金在海水腐蚀中的腐蚀类型。结果表明,氧化膜的生成与破坏使得合金在海水中的瞬态腐蚀速率呈先减小后增大的趋势,腐蚀产物包含碱式氯化铜Cu2(OH)3Cl和氧化亚铜Cu2O,腐蚀由点蚀开始,逐渐经历了晶间腐蚀-剥蚀。
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    O2/CO2共存环境下缓蚀剂抑制碳钢腐蚀的机理研究
    王贝, 许立宁, 李东阳, 路民旭
    2017, 45 (5): 38-45.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000439
    摘要 ( 275 )   HTML( PDF (4200KB) ( 68 )   引文文本
    利用旋转圆盘电极(RDE)研究O2/CO2共存环境下,碳钢管线在不同浓度缓蚀剂中的腐蚀电化学行为。通过与CO2环境中进行对比,研究得到O2对缓蚀剂抑制碳钢CO2腐蚀的影响。采用极化曲线测试不同浓度缓蚀剂下的缓蚀效率及阴、阳极行为,利用交流阻抗技术(EIS)监测缓蚀剂的吸附行为及腐蚀过程,并通过EIS拟合出的数据计算并绘制吸附等温线,利用扫描电镜观察含氧条件下的腐蚀形貌,利用XRD分析腐蚀产物膜的成分。结果表明:O2导致缓蚀剂分子吸附能力减弱,在碳钢表面的吸附量减少,吸附膜覆盖度变小,缓蚀效率明显降低。同时,在有O2环境下,腐蚀产物主要为疏松多孔的Fe2O3和FeO(OH)。由于含氧条件下腐蚀速率增大,腐蚀产物膜生成速率加快,导致缓蚀剂吸附能力进一步减弱,缓蚀剂有效作用时间变短。
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    氨基酸对水热合成羟基磷灰石纤维形貌的影响
    齐美丽, 肖桂勇, 吕宇鹏
    2017, 45 (5): 46-51.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000994
    摘要 ( 257 )   HTML( PDF (3692KB) ( 427 )   引文文本
    以Ca(NO32·4H2O和(NH42HPO4的水溶液为前驱体,基于生物矿化的基本原理,利用水热法制备结晶度较高的羟基磷灰石(HA)纤维,重点研究酸性氨基酸L-谷氨酸(Glu)、中性氨基酸L-苯丙氨酸(Phe)和碱性氨基酸L-赖氨酸(Lys)的添加对产物物相和形貌的影响。结果表明:添加这3种氨基酸均对产物的物相影响不大,制得样品的主要组成相都是HA,部分样品含有少量碳酸钙。3种氨基酸的加入均改变纤维沿c轴生长的趋势:加入Glu后得到球状形貌的HA,Lys的加入使得产物形貌变得不均匀,而加入Phe后得到分散性较好的棒状纤维。
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    HIPS/HDPE共混物的动态黏弹行为与相形态
    刘晶如, 夏阳阳, 高力群, 俞强
    2017, 45 (5): 52-58.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001194
    摘要 ( 204 )   HTML( PDF (4006KB) ( 48 )   引文文本
    采用动态流变测试和扫描电子显微镜技术,考察高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/高密度聚乙烯(HDPE)共混物的动态黏弹行为与相形态,对比1%(质量分数,下同)的纳米和微米CaCO3对HIPS/HDPE(30/70)不相容共混物的增容效果。结果表明:当HDPE小于30%时,HIPS/HDPE共混物在低频区的复数黏度和储存模量均显示出明显的正偏差,而当HDPE大于30%时,则呈现负偏差;前者与HDPE和PB粒子间的相互作用相关,而后者归因于HDPE基体与PS分散相之间较弱的界面相互作用。当HIPS为基体时,HDPE分散相粒子呈现较宽的尺寸分布;而当HDPE为基体时,PS分散相呈现双模尺寸分布,对应于两种不同类型的PS分散相粒子的存在。1%的纳米CaCO3对HIPS/HDPE(30/70)不相容共混体系起到了一定的增容效果,CaCO3纳米粒子主要位于HIPS/HDPE相界面以及HDPE连续相内;而微米CaCO3对该共混体系仅起到了增黏而非增容作用,CaCO3微米粒子仅位于HDPE连续相内。
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    聚丙烯腈热稳定化纤维的裂解行为
    雷帅, 张校, 钟珊, 刘正博, 曹维宇, 徐樑华
    2017, 45 (5): 59-63.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001283
    摘要 ( 334 )   HTML( PDF (1747KB) ( 72 )   引文文本
    在聚丙烯腈基碳纤维(PANCF)制备过程中会有40%~50%的质量损失,主要发生在300~800℃范围内。对PAN裂解失重行为的研究有利于理解PANCF类石墨结构的形成机理,为制备高性能碳纤维和提高碳化收率提供理论依据。通过热重分析法(TGA)模拟PAN纤维的裂解失重过程,结果表明:在空气中进行稳定化的纤维主要有两个阶段的裂解,分别受腈基的环化率和氧含量控制。环化率和氧含量通过影响裂解行为在碳纤维中形成的缺陷结构,最终影响碳纤维的致密性。环化率越高,形成的缺陷结构越少,碳纤维的致密性越好;相反氧含量越高,形成缺陷结构越多,碳纤维的致密性越差。
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    环梯形聚苯基硅倍半氧烷的硝化研究
    梁嘉香, 何吉宇, 齐祉, 范海波, 杨荣杰
    2017, 45 (5): 64-70.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000335
    摘要 ( 233 )   HTML( PDF (2374KB) ( 44 )   引文文本
    为了提高环梯形聚苯基硅倍半氧烷(Cyclic Ladder Polyphenylsilsesquioxane,CL-PPSQ)在聚合物中的相容性,使用多种硝化试剂,包括发烟硝酸、HNO3-H2SO4、KNO3-H2SO4、HNO3-KNO3、CH3COOH-KNO3、(CH3CO)2O-HNO3,在不同的条件下对其进行硝化,制备得到含硝基基团的NO2-PPSQ。使用FTIR、元素分析、GPC、TGA、1H NMR等对硝化产物进行表征。结果表明:发烟硝酸、HNO3-H2SO4、KNO3-H2SO4对CL-PPSQ的硝化能力最强,产物中硝基数目最多,但产物分子量降低,硅氧烷链段发生断裂;而HNO3-KNO3和CH3COOH-KNO3对CL-PPSQ没有硝化能力;(CH3CO)2O-HNO3硝化过程温和,硝化能力适中,制备得到分子链不断裂的硝化产物。对不同硝化试剂的硝化机理进行了分析,在发烟硝酸、HNO3-H2SO4、KNO3-H2SO4体系中,NO2+为硝化活化剂;对于(CH3CO)2O-HNO3体系,CH3COONO2为主要的硝化活化剂。
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    Mn对22%Cr双相不锈钢700℃时效σ相及韧性的影响
    白于良, 杨银辉, 曹建春, 顾洋, 普靖
    2017, 45 (5): 71-79.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001134
    摘要 ( 245 )   HTML( PDF (5442KB) ( 73 )   引文文本
    利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)结合析出动力学和冲击实验,研究了不同Mn含量(4.3%,6.9%,9.7%,质量分数,下同)对22%Cr节镍型双相不锈钢700℃时效析出相形成和韧性的影响。结果表明:随Mn含量由4.3%增加至9.7%,时效76h,析出形貌分别为铁素体/奥氏体(δ/γ)界面细小σ相颗粒析出和铁素体晶内σ相/二次奥氏体(γ2)共析组织。Mn含量增加使Avrami指数n减小,反应常数B增大,Mn元素参与并促进σ相析出,σ相开始析出和完全析出时间均提前,开始析出与完全析出的时间间隔增大,析出速率降低。时效过程中δ相分解量低于1%(体积分数,下同)对冲击韧度影响不大,δ相分解量由1%增至5%会显著降低冲击韧度。Mn含量增加在时效前期对冲击韧度有利,时效中期则会促使δ相分解量更早超过1%,导致冲击韧度快速下降。
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    TC18钛合金的超塑性行为与变形机制
    刁仲驰, 姚泽坤, 申景园, 刘瑞, 郭鸿镇
    2017, 45 (5): 80-85.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001562
    摘要 ( 487 )   HTML( PDF (4178KB) ( 73 )   引文文本
    通过高温拉伸实验研究TC18钛合金在温度为720~950℃,初始应变速率为6.7×10-5~3.3×10-1s-1时的超塑性拉伸行为和变形机制。结果表明:TC18钛合金在最佳超塑性变形条件下(890℃,3.3×10-4s-1),最大伸长率为470%,峰值应力为17.93MPa,晶粒大小均匀。在相变点Tβ(872℃)以下拉伸,伸长率先升高后下降,在温度为830℃,初始应变速率为3.3×10-4s-1时取得极大值373%,峰值应力为31.45MPa。TC18钛合金在两相区的超塑性变形机制为晶粒转动与晶界滑移,变形协调机制为晶内位错滑移与攀移;在单相区的超塑性变形机制为晶内位错运动,变形协调机制为动态回复和动态再结晶。
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    镍基钎料钎焊K465高温合金大间隙接头组织与性能研究
    潘晖, 赵海生
    2017, 45 (5): 86-93.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001397
    摘要 ( 239 )   HTML( PDF (6788KB) ( 72 )   引文文本
    K465镍基高温合金为母材,FGH95镍基合金粉为预填粉末,采用预填高熔点粉末的方法对0.5mm大间隙接头进行钎焊,研究不同保温时间对钎缝组织与接头性能的影响。结果表明:1220℃保温0.5h获得的钎缝组织由合金粉颗粒及颗粒间的相构成,颗粒内为γγ'两相组织,颗粒间为γγ'两相为基体的硼化物、硅化物及γ+γ'共晶组织;随钎焊保温时间延长,合金粉颗粒长大,化合物相及γ+γ'共晶组织合并、总量减少;钎焊保温时间为0.5~16h时,接头平均持久寿命由31.59h提高至54.58h,但不易获得高性能等温凝固接头。
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    无碳化物贝氏体钢渗碳后的深冷处理
    孙世清
    2017, 45 (5): 94-99.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000646
    摘要 ( 247 )   HTML( PDF (1921KB) ( 80 )   引文文本
    采用热磁分析、显微硬度分析与直读光谱分析等相结合的方法,对无碳化物贝氏体钢进行渗碳后的深冷处理工艺优化。结果表明:无碳化物贝氏体钢在1193K渗碳空冷后,测试有效硬化层样品的热磁曲线,可以得到有效硬化层的深冷处理温度宜低于134K。经123K深冷处理和463K回火,有效硬化层残留奥氏体含量约为12.2%(质量分数)。通过深冷处理使渗碳钢近表面层得到显著硬化,再经低温回火使近表面层硬度均达到810HV1.0左右,渗碳钢的硬度梯度分布趋于合理。
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    脉冲爆炸-等离子体技术处理对T8钢表层组织和性能的影响
    张林伟, 余玖明, 张旭, 邹晋, 陆德平, 陆磊
    2017, 45 (5): 100-105.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000999
    摘要 ( 262 )   HTML( PDF (2907KB) ( 79 )   引文文本
    采用脉冲爆炸-等离子体(PDP)技术对T8钢进行表面改性处理,电容分别为600,800,1000μF。采用SEM,XRD分析了PDP处理前后T8钢的表层组织和相结构的变化,利用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机研究了PDP处理前后T8钢的显微硬度和耐磨损性能的变化。结果表明:随着电容的增加,T8钢表面先发生光滑化,然后出现大量火山状熔坑,熔坑的出现是由PDP的能量和材料本身的不均匀性造成的。PDP处理使T8钢表面发生由马氏体α'-Fe向奥氏体γ-Fe的转变,并发生渗氮现象形成Fe3N。T8钢改性层厚度随着电容的增加而增加,当电容为1000μF时,改性层平均厚度为68.27μm,其组织由柱状组织和细化组织组成。随着电容的减小,柱状组织厚度也减小。PDP处理后T8钢改性层显微硬度提高约2倍,耐磨损性能也明显改善,最高为基体的2.6倍。
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    CrMoWV钢的应力松弛行为及其预测
    曹铁山, 程从前, 朱月梅, 张弘伟, 刘松峰, 赵杰
    2017, 45 (5): 106-111.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000508
    摘要 ( 328 )   HTML( PDF (1631KB) ( 62 )   引文文本
    以12Cr-1Mo-1W-0.25V耐热钢550,600℃的8760h松弛实验数据作为对象,研究短时间松弛数据准确而有效预测长时间松弛应力的方法。在采用松弛模型对长时间松弛应力进行直接拟合外推时,发现模型参数与所采用拟合数据的时间长度呈规律性的变化。提出考虑模型参数规律变化的时序参数法,以高精度预测长时间松弛应力。通过对比时序参数法与直接拟合外推法的预测结果,认为时序参数法在用短时间松弛数据预测长时间松弛应力上具有明显优势,预测结果的准确性较直接外推法高。
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    P92钢蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展行为
    荆洪阳, 唐梦茹, 赵雷, 徐连勇
    2017, 45 (5): 112-117.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000699
    摘要 ( 338 )   HTML( PDF (2907KB) ( 94 )   引文文本
    在630℃下,对P92钢进行应力控制下的蠕变-疲劳交互作用实验,研究P92钢高温蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展行为,并结合断口形貌分析蠕变-疲劳裂纹扩展的机理以及a-N曲线的转折点含义。结果表明:P92钢在蠕变-疲劳交互作用下的断裂属于蠕变韧性断裂,应该用(Ctavg作为裂纹扩展的断裂参量;P92钢在蠕变-疲劳交互条件下,试样的断口主要表现为蠕变孔洞以及微裂纹。此外,发现a-lg(Ni/Nf)曲线以及(da-dN)-N曲线中的拐点,分别对应蠕变-疲劳裂纹萌生区向扩展区转变周次以及扩展区向瞬断区转变的周次。
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    综述
    功率超声在金属熔体成形中的作用效应及其可视化研究进展
    李红, 李灿, 栗卓新
    2017, 45 (5): 118-126.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001525
    摘要 ( 253 )   HTML( PDF (2714KB) ( 118 )   引文文本
    主要介绍功率超声在金属熔体成形领域中的作用,详述了超声在铸造成形、辅助焊接成形中细化晶粒、除气除杂、强化焊缝、减小残余应力、促进界面润湿等方面的应用和作用机理。针对超声空化气泡的高速摄影及金属熔体中晶体生长的同步辐射X射线成像观察的研究进展,提出将高速摄影与同步辐射X射线成像结合起来,通过原位观察方法研究超声波与液态金属媒质的相互作用机理,为进一步促进超声在金属熔体成形中的应用提供理论指导。
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    电力电子中高频软磁材料的研究进展
    刘君昌, 梅云辉, 陆国权
    2017, 45 (5): 127-134.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001292
    摘要 ( 466 )   HTML( PDF (1173KB) ( 194 )   引文文本
    随着电力电子行业的飞速发展,新型电磁材料的投入使用,对电子元器件的高频磁性能提出了新的要求。磁芯作为电子元器件的核心部件,其发展程度直接决定电子元器件的性能,这就要求具有优异高频软磁性能的材料发展。本文综述了四种软磁材料的发展历程,对每种软磁材料的优缺点进行了归纳总结,同时指出了未来的发展方向,并重点对近年来研究热门的软磁复合材料进行了梳理。粒径大小可控、包覆层对核层的包覆均匀程度以及从实验室走向产业化的大批量制备方法是未来高频软磁复合材料的发展趋势。
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    纳米碳材料在聚合物阻燃中的应用研究进展
    毕波, 王学宝
    2017, 45 (5): 135-144.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000985
    摘要 ( 474 )   HTML( PDF (1567KB) ( 144 )   引文文本
    综述了近年来纳米碳材料在聚合物阻燃应用方面所取得的研究进展,重点讨论了碳纳米管、富勒烯、石墨烯和纳米炭黑等纳米碳材料在单独用作阻燃剂、改性后用作阻燃剂以及与其他物质协同阻燃聚合物方面取得的研究成果,并指出聚合物/纳米碳材料阻燃体系的研究应侧重于阻燃机理,并将纳米碳材料与其他阻燃剂协同使用,以便发挥各自的优势。
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