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纳米复相陶瓷SiC/(Hf_(x)Ta_(1-x))C/C的制备、微结构演变及力学性能

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硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2757-2766页

作者：汪震越卢丽文青波余兆菊厦门大学材料学院高性能陶瓷纤维教育部重点实验室福建厦门361005 中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 厦门大学材料学院厦门市电子陶瓷材料与元器件重点实验室福建厦门361005

采用聚合物先驱体转化法结合放电等离子烧结技术,制备出近致密的SiC/(Hf_(x)Ta_(1-x))C/C纳米复相材料。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜,纳米压痕仪对SiC/(Hf_(x)Ta_(1-x))C/C纳米复相陶瓷的微结构演变及其力学性能... 详细信息

采用聚合物先驱体转化法结合放电等离子烧结技术,制备出近致密的SiC/(Hf_(x)Ta_(1-x))C/C纳米复相材料。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜,纳米压痕仪对SiC/(Hf_(x)Ta_(1-x))C/C纳米复相陶瓷的微结构演变及其力学性能进行了表征。结果表明,通过对单源聚合物先驱体进行分子设计,改变SSP中的Hf/Ta比例,可以控制最终固溶(Hf_(x)Ta_(1-x))C的组成。最终块体SiC/(Hf_(0.2)Ta_(0.8))C/C纳米复相陶瓷的开孔率为4.87%,其纳米压痕硬度为(7.72±1.36)GPa,弹性模量为(76.71±7.89)GPa,展现出良好的力学性能。

关键词：单源先驱体聚合物先驱体转化法放电等离子烧结碳化硅基复相陶瓷

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聚合物转化超高温陶瓷及其复合材料研究进展

硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2847-2861页

作者：江天兴周天赐文青波余兆菊熊翔中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410000 厦门大学高性能陶瓷纤维教育部重点实验室福建厦门361005 厦门大学材料学院厦门市电子陶瓷材料与元器件重点实验室福建厦门361005

超高温陶瓷是一类可承受超高音速长时间、跨大气层飞行和再入等过程所面临的极端服役环境的新型防热材料。目前,超高温陶瓷趋向于多元化和多相化发展,并通过与纤维等复合形成超高温陶瓷基复合材料。本文总结了聚合物转化超高温陶瓷及其... 详细信息

超高温陶瓷是一类可承受超高音速长时间、跨大气层飞行和再入等过程所面临的极端服役环境的新型防热材料。目前,超高温陶瓷趋向于多元化和多相化发展,并通过与纤维等复合形成超高温陶瓷基复合材料。本文总结了聚合物转化超高温陶瓷及其复合材料的研究现状,从聚合物先驱体陶瓷的发展历程、超高温陶瓷简介、聚合物先驱体法制备超高温陶瓷及其复合材料的制备方法、表征手段和材料性能等方面综述了近年来国内外的研究进展,并对其未来的发展趋势进行了展望。

关键词：聚合物先驱体陶瓷超高温陶瓷复合材料氧化烧蚀热防护

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六边形战士–聚合物先驱体陶瓷

硅酸盐学报 2024年第9期52卷 2755-2756页

作者：邵刚余兆菊郑州大学材料科学与工程学院厦门大学材料学院高性能陶瓷纤维教育部重点实验室

聚合物先驱体陶瓷(PDCs)是通过高温热解(>1000℃)聚合物先驱体得到的一种新型陶瓷材料，它的出现实现了从聚合物到陶瓷的飞跃，是陶瓷材料发展史的一次重要革新。聚合物先驱体陶瓷一般由无定型基体相和自由碳相组成，根据组成不同可分... 详细信息

聚合物先驱体陶瓷(PDCs)是通过高温热解(>1000℃)聚合物先驱体得到的一种新型陶瓷材料，它的出现实现了从聚合物到陶瓷的飞跃，是陶瓷材料发展史的一次重要革新。聚合物先驱体陶瓷一般由无定型基体相和自由碳相组成，根据组成不同可分为二元(Si C、BN...)、三元(Si CN、Si OC...)、四元(Si Al CN、Si BCN...)以及五元(Si Zr OCN、Si Al BCN...)等多种体系。聚合物先驱体陶瓷具有极强的可设计性，其成分、结构和性能可以通过化学合成过程中

关键词：聚合物先驱体陶瓷极端应用环境多功能化

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激光复合加工硬脆性材料研究进展综述

机械工程学报 2024年第9期60卷 168-188页

作者：温秋玲杨野黄辉黄国钦胡中伟陈金鸿汪晖吴贤华侨大学制造工程研究院厦门361021 高性能工具全国重点实验室(华侨大学) 厦门361021 华侨大学机电及自动化学院厦门361021

玻璃、半导体、蓝宝石、陶瓷和硬质合金等硬脆性材料被广泛应用于建筑、生物医疗、航空航天、集成电路、新能源、光电显示、轨道交通、海洋等领域。但是其高硬度、大脆性、高耐磨性和耐腐蚀等特性也给它们的加工带来巨大挑战。目前,机... 详细信息

玻璃、半导体、蓝宝石、陶瓷和硬质合金等硬脆性材料被广泛应用于建筑、生物医疗、航空航天、集成电路、新能源、光电显示、轨道交通、海洋等领域。但是其高硬度、大脆性、高耐磨性和耐腐蚀等特性也给它们的加工带来巨大挑战。目前,机械加工、离子束加工、化学蚀刻、激光加工等方式是加工硬脆性材料的主要方法。但是这些加工方式依然存在加工效率和加工质量不可兼得的瓶颈问题。为此,研究人员提出了将激光加工和其他加工方式结合起来的复合加工方法,旨在实现硬脆性材料的高质量和高效率加工。概述了主流的基于激光复合的硬脆材料加工方法,主要包括其他方式辅助激光加工、激光辅助其他方式加工、激光辅助激光加工;重点阐述了这些激光复合加工技术的加工原理、研究现状和加工效果;总结了不同激光复合加工方法的优势、局限性和应用场景,最后对激光复合加工硬脆性材料的未来发展趋势提出了展望。

关键词：激光复合加工硬脆性材料加工效率加工质量微结构

金刚石增强石墨膜/铝复合材料构型设计及其导热性能

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复合材料学报 2024年第8期41卷 4344-4352页

作者：张清云黄焌晨杨兵吕峥欧云唐思文宋典刘骞湖南科技大学材料科学与工程学院湘潭411201 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湘潭411201 北京科技大学新材料技术研究院北京100083 国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国家重点实验室长沙410073

针对石墨膜/铝复合材料纵向导热能力不足的缺点,本文采用高导热金刚石穿透铝层,连接上下两层石墨膜,成功在石墨膜/铝复合材料内部构建了导热通道,为复合材料提供纵向导热路径,从而有效提高复合材料纵向热传导效率。为了改善金刚石与铝... 详细信息

针对石墨膜/铝复合材料纵向导热能力不足的缺点,本文采用高导热金刚石穿透铝层,连接上下两层石墨膜,成功在石墨膜/铝复合材料内部构建了导热通道,为复合材料提供纵向导热路径,从而有效提高复合材料纵向热传导效率。为了改善金刚石与铝基的界面结合,使用物理气相沉积(PVD)技术对金刚石表面进行镀钨处理,随后采用快速热压烧结法(FHP)制备金刚石增强石墨膜/铝复合材料。研究了界面结合质量和金刚石体积分数对复合材料热导率性能的影响。研究表明:当镀钨金刚石体积分数为10vol%,复合材料面内热导率达到峰值658 W/(m·K),相较于未镀金刚石增强复合材料提升了7%。当镀钨金刚石体积分数超过10vol%时,复合材料面内热导率呈现下降趋势。对于镀钨金刚石高体积分数(30vol%)的复合材料而言,其面内热导率降低至535 W/(m·K)。然而,随着金刚石体积分数的增加,复合材料内部导热通道数量增加,纵向热导率达到最高值177 W/(m·K),相较于未镀金刚石增强复合材料提升了34%。结果表明通过在石墨膜/铝之间引入金刚石导热通道,可有效提高复合材料的纵向导热能力。

关键词：铝复合材料石墨膜金刚石导热通道界面改性快速热压烧结热导率

碳/铝复合材料界面Al_(4)C_(3)相的形成与调控研究进展

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中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1453-1474页

作者：李肖亮李昱桦董正学万梓涵任可聪邓海亮杨康吴操安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243002 安徽工业大学材料科学与工程学院先进陶瓷研究中心马鞍山243002 四川航天天盛装备科技有限公司成都610100

石墨烯、碳纳米管和碳纤维等碳材料作为铝基复合材料的增强体时,其界面润湿性差、与Al基体结合弱等缺点限制了其增强效果。利用C与Al反应使界面黏接形式转变为部分反应结合的形式,可有效提升碳/铝(C/Al)界面强度及其载荷与功能传递的效... 详细信息

石墨烯、碳纳米管和碳纤维等碳材料作为铝基复合材料的增强体时,其界面润湿性差、与Al基体结合弱等缺点限制了其增强效果。利用C与Al反应使界面黏接形式转变为部分反应结合的形式,可有效提升碳/铝(C/Al)界面强度及其载荷与功能传递的效率。然而,高温下C/Al界面反应易生成大量脆性Al_(4)C_(3),且会损伤增强体。针对C/Al界面Al_(4)C_(3)的调控,本文首先介绍了其形成机制、对C/Al复合材料界面结合和性能的作用,随后从碳增强体表面涂层、纳米颗粒修饰、Al基体合金化,以及复合制备、热加工与处理工艺优化等方面,综述了Al_(4)C_(3)生成量与形貌的控制研究及效果,最后展望了C/Al复合材料界面与性能的研究方向,以期通过碳增强体跨尺度设计与界面构型控制,挖掘石墨烯、碳纳米管和碳纤维增强Al基体的最大潜能。

关键词：铝基复合材料石墨烯碳纳米管碳纤维 Al_(4)C_(3)相

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静电纺PMMA纤维生物膜的制备及性能

工程塑料应用 2024年第2期52卷 136-141页

作者：郑高峰张心怡吴德志卓丽云省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室广州510006 厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院福建厦门361102 柔性制造装备集成福建省高校重点实验室(厦门工学院) 福建厦门361021 厦门工学院机械电气与信息工程学院福建厦门361021

为了获得净水效果好的纤维生物膜载体材料,通过静电纺丝工艺制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物膜载体,通过多种表征方法测试PMMA与无纺布生物膜载体间的性能差异,完成了生物膜载体的结构(表面形貌、比表面积、孔隙率)和润湿性(水接触角和... 详细信息

为了获得净水效果好的纤维生物膜载体材料,通过静电纺丝工艺制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物膜载体,通过多种表征方法测试PMMA与无纺布生物膜载体间的性能差异,完成了生物膜载体的结构(表面形貌、比表面积、孔隙率)和润湿性(水接触角和吸水率)的测试。结果表明,静电纺丝工艺制备的PMMA纤维膜的纤维直径为100~900 nm,比表面积达到19.2 m^(2)/g,孔隙率达到80%,而无纺布的纤维直径为微米级,比表面积为0.3659 m^(2)/g,表明制备的PMMA纤维生物膜属于小直径、高比表面积的载体,可为微生物提供更多的附着位点及孔隙,更有利于微生物的附着。同时PMMA纤维膜表面水接触角为133.25°,吸水率达到313%,相较无纺布的吸水率(75%)明显上升,有效提高了载体在污水中的浸润性。最后,在相同条件下对PMMA和无纺布生物膜载体进行养菌挂膜试验。发现PMMA纤维生物膜载体处理污水的效果明显高于无纺布:养菌6 d后,PMMA纤维生物膜载体的挂膜量比继续处于快速上升趋势,而无纺布生物膜载体的挂膜量比变化很小;养菌15 d后,PMMA纤维生物膜载体的挂膜量比达到227.1%,而无纺布生物膜载体的挂膜量比仅为109.23%。

关键词：静电纺丝纤维生物膜表征分析挂膜量比

三层组合陶瓷复合装甲的抗侵彻性能及其损伤机制

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兵工学报 2024年第1期45卷 44-57页

作者：余毅磊王晓东任文科高光发南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微... 详细信息

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微镜(SEM)研究复合装甲板在弹道侵彻下的损伤模式。实验结果表明:在所述实验条件下8 mm+2 mm+10 mm厚度组合的Kevlar/SiC-TC4-UHMWPE复合靶板是最佳的抗侵彻工程应用结构;在同等面密度条件下,将1 mm厚陶瓷替换成同等面密度的TC4钛合金背板(约0.5 mm厚)时,复合装甲板的抗弹道侵彻性能提升了约29.69%,可见钛合金的结构参数对复合装甲板抗弹性能的影响权重大于SiC;钛合金背板面密度的增加不仅增强了对陶瓷的支撑作用,而且增加了弹-靶作用时间,提升了复合靶板的整体防护性能;12.7 mm穿燃弹侵彻后复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、钛合金背板少量隆起变形及十字形拉伸撕裂损伤、UHMWPE层合纤维背板剪切断裂、层间分离和纤维拉伸;在整体复合装甲的设计中,应将高抗剪材料放置在背板的前几层,将高抗拉材料放置在背板后几层,以充分利用每种材料。

关键词：陶瓷复合装甲抗弹性能损伤机制超高分子量聚乙烯 12.7 mm穿燃弹

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CO_(2)刺激响应球型水凝胶的制备及在蛋白质分离中的应用

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应用化学 2024年第6期41卷 870-877页

作者：张守村闫雪垠宋阳华李卓敏北方民族大学材料科学与工程学院高分子材料及制造技术重点实验室银川750021

以纤维素、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺等为原料制备了纤维素/聚甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯互穿网络复合水凝胶材料(GCel/PD)。GCel/PD材料具有显著的CO_(2)刺激响应特性,能有效地吸附分离牛血清白蛋白(BSA)。其中,... 详细信息

以纤维素、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺等为原料制备了纤维素/聚甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯互穿网络复合水凝胶材料(GCel/PD)。GCel/PD材料具有显著的CO_(2)刺激响应特性,能有效地吸附分离牛血清白蛋白(BSA)。其中,对BSA的最大吸附量可达(434.4±15)mg/g。在CO_(2)/N2氛围的循环切换下,GCel/PD材料表现出良好的循环稳定性,在循环使用3次之后,对蛋白质的吸附量仍能达到167.5 mg/g。使用之后,颗粒状GCel/PD便于从体系中分离出来,有望在蛋白质的分离提取方面得到应用。

关键词：复合水凝胶 CO_(2) 刺激-响应吸附分离