復合材料論文精選(九篇)

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第1篇：復合材料論文范文

高職復合材料工程技術專業是培養具備良好的職業素養，掌握復合材料科學理論基礎及復合材料專業技能，掌握復合材料制備技術，重點掌握高性能纖維增強樹脂基復合材料的制備技術，具有復合材料成型操作能力，能夠從事復合材料制造技術操作的高素質技能型專門人才。高職院校的人才培養模式可以通過利用學校和企業兩種不同的教育環境和教育資源，采用課堂教學與學生參加實際工作有機結合，來培養適合不同用人單位需要的應用型人才的教學模式。開展以就業為導向，采用“校企合作，工學結合”的人才培養模式培養學生。

2高職復合材料工程技術專業課程體系的構建

高職復合材料工程技術專業應該依據產業背景調研和人才需求調研，按照職業崗位和培養規格的要求構建課程體系和課程標準。根據復合材料企業調研結論，首先對工作崗位的典型任務進行分析，提煉出崗位職業能力，結合行業標準，構建出復合材料工程技術專業的課程體系，課程體系應該圍繞著三大職業崗位構建：復合材料成型操作崗位：以復合材料結構設計、成型工藝、成型設備為基礎，具備復合材料制造技術操作能力。復合材料膠接操作能力：以復合材料樹脂基體、膠接工藝為基礎，具備復合材料連接操作能力。復合材料檢測與修補技術能力：以復合材料檢測技術、修補技術為基礎，具有復合材料檢測與修補的能力。

3高職復合材料工程技術專業建設的實施與保障條件

3.1專任教師應具備條件專任專業教師一方面具備本專業或相近專業大學本科以上學歷（含本科）；另一方面必須有一定的企業經歷，具有“雙師”素質；專任實訓教師要具備專業高級工以上的資格證書（含高級工）或工程師及其以上職稱。專業帶頭人必須是雙師型教師，職稱應在副高職稱以上，接受過職業教育教學方法論的培訓，具有開發職業課程的能力；校外兼職教師應具備高級工或工程師以上職稱，具備豐富的實踐經驗和較強的專業技能；其中企業兼職教師占教師總數的比例不低于50%。

3.2實踐教學條件高職復合材料工程技術專業實訓基地必須滿足復合材料成型技術、復合材料模具設計與制造、熱壓罐操作及復合材料成品檢測的基本實踐教學條件，讓學生在一個真實的職業環境下按照未來專業崗位（群）對基本技能的要求，得到實際操作訓練和綜合素質的培養。復合材料成型技術是教學研究的重點，也是培養學生的主要途徑。實訓基地應該包括小型熱壓罐、烘箱、清潔操作間、復合材料加工設備、復合材料檢測儀器等基本實踐教學設備，一方面能滿足生產的要求，又能完全滿足教學任務，而且能夠開展材料性能試驗、制作試驗件。同時高職院校發展復合材料工程技術專業，還必須加強校企合作，加大校外實訓基地合作的深度和廣度。通過校外實訓基地的建設，安排學生在企業進行專業對口頂崗實習，以利于學生掌握崗位技能，提高實踐能力，縮短他們的工作適應期，提高學生的社會競爭力。

4高職復合材料工程技術專業未來發展思考

第2篇：復合材料論文范文

面對高技術時代對高性能鈦合金材料日益緊迫的要求，非連續增強鈦基復合材料因其具有的高比強、高比剛度、耐高溫和耐蝕性能已成為研究的熱點。人們對其制備工藝、微結構、力學性能等進行了一系列的研究，而這些研究的主要目標為外加法制備的鈦基復合材料。而本研究則采用原位合成工藝制備非連續增強的鈦基復合材料。與外加法比較，原位合成法因其工藝簡單、材料性能優異，在技術和經濟上更為可行。增強體的原位合成，避免了增強體的污染問題，也避免了熔鑄過程中存在的潤濕性問題，有利于制備性能更好的復合材料。然而，為了低成本高效制備高性能的鈦基復合材料尚有許多問題需要解決。因此，從理論和實驗上研究這些問題，對低成本高效制備高性能的鈦基復合材料具有非常重要的理論和實際意義。

針對金屬基復合材料發展應用中的關鍵問題??成本和性能，本文開發設計了新型的鈦基復合材料的制備工藝，可以低成本高效制備性能優異的鈦基復合材料。即可利用鈦與碳化硼、硼及石墨之間的自蔓燃高溫合成反應，采用普通的鈦合金冶煉工藝制備出單純TiB晶須、單純TiC顆粒增強或TiB晶須和TiC粒子混雜增強的鈦基復合材料。為了拓展鈦基復合材料的應用領域，為制備高性能的鈦基復合材料打下堅實的基礎，本文的研究主要包括以下幾個方面工作：

1、研究了利用鈦與石墨、硼及碳化硼之間的反應制備TiB和TiC增強鈦基復合材料的原位合成機理。利用熱力學理論計算了鈦與石墨、硼、碳化硼反應的Gi自由能DG和反應生成焓DH，結果表明：各個反應的Gi自由能DG值都為負值，說明在熱力學上上述反應是可行的。雖然在熱力學上可以利用鈦與碳化硼之間的化學反應合成TiB2和TiC增強體，但從化學平衡考慮，TiB2不能穩定存在于過量鈦中，因此能夠穩定存在于普通鈦合金中的增強體為TiB和TiC。上述反應都為高放熱的反應，從理論上講絕熱溫度都大于自蔓燃高溫合成的判據，表明反應能自發維持。

2、利用非自耗電弧爐和自耗電弧爐經普通的鈦合金鑄造工藝制備出單純TiB晶須、單純TiC顆粒增強或TiB晶須和TiC粒子混雜增強的鈦基復合材料。X射線衍射分析結果表明：原位合成的增強體為TiB、TiC。這些增強體分布非常均勻，主要呈現為短纖維狀、樹枝晶狀和等軸或近似等軸狀。電子探針和帶能譜的掃描電鏡分析結果表明：短纖維狀增強體為TiB，而樹枝晶狀和等軸或近似等軸狀增強體為TiC。實驗結果與理論分析一致，這為原位自生鈦基復合材料的工業化生產提供了依據。

3、研究了原位合成鈦基復合材料增強體的生長機制，結果表明：增強體的生長機制與凝固過程及增強體的晶體結構密切相關。原位合成的增強體以形核與長大的方式從熔體中析出而長大。對于原位合成TiB和TiC混雜增強的鈦基復合材料，經歷了析出初晶、二元共晶和三元共晶三個階段。由于不同的晶體結構，增強體TiB與TiC形成不同的生長形態。TiB具有B27晶體結構，易于沿[010]方向生長長成短纖維狀，而且TiB橫截面的形狀呈多邊形，其晶面主要由(100)、(10)和(101)組成。同時，在TiB的(100)面上容易形成層錯。而TiC具有NaCl型對稱結構，容易長成樹枝晶狀、等軸狀和近似等軸狀。發現原位合成的增強體TiB容易在（100）面上形成高密度的層錯，層錯的形成與增強體的晶體結構、生長機制有關，同時也有利于降低增強體與基體合金界面的晶格畸變。而原位合成增強體TiC的晶格比較完整，偶爾在(111)面上形成孿晶，該孿晶結構在增強體形核與長大的過程中形成。

4、研究了合金元素鋁的加入對原位合成鈦基復合材料微結構及力學性能的影響。合金元素鋁的加入，并不改變復合材料的物相組成，也不改變復合材料的凝固過程，但由于合金元素的存在，阻礙了增強體的形核與長大過程，導致形成的TiB和TiC初晶更為細小，尤其是使TiC增強體易于形成等軸狀。合金元素鋁不僅固溶強化了基體合金，而且細化增強體也有利于提高復合材料的力學性能。

5、利用透射電鏡、高分辨透射電鏡對原位合成(TiB TiC)/Ti復合材料界面微結構進行研究和分析，發現兩種增強體與基體的界面均為清潔界面，為直接的原子結合、界面結合狀況良好。TiC增強體與基體合金沒有確定的位相關系，而TiB增強體與基體合金存在以下位相關系：、、(0002)Ti//(001)TiB和以及、(0002)Ti//(200)TiB和。該位相關系在凝固過程中形成，與增強體的晶體結構及基體合金的晶體結構密切相關，形成該位相關系有利于降低增強體與基體合金界面的晶格畸變能。

6、研究了鑄態鈦基復合材料和熱鍛后高溫鈦基復合材料的力學性能。由于原位合成增強體的加入，鈦基復合材料的力學性能與相應基體合金比較有了明顯的提高，在增強體含量為8％時，其彈性模量E、屈服強度s0.2和抗拉強度分別達到131.2GPa，1243.7MPa和1329.8MPa，與基體合金Ti6242比較分別提高了19.3，47.4和45.5。其強化機理主要來源于增強體承載、晶粒細化及高密度位錯的形成。石墨的加入，形成更多等軸狀、近似等軸狀TiC粒子有利于提高復合材料的室溫性能，這與短纖維狀TiB的存在導致復合材料低應力斷裂有關。

7、研究了原位合成鈦基復合材料的高溫瞬時拉伸性能。在600oC、650oC和700oC的抗拉強度分別超過800MPa，750MPa和650MPa，與高溫性能較好的IMI834合金比較，在600oC的抗拉強度提高幅度超過25。隨著溫度的提高，其屈服強度、抗拉強度降低，塑性提高，但與基體合金比較高溫強度有了明顯的提高。斷口分析表明：低溫時，裂紋由增強體斷裂引起，而在高溫時裂紋最先在短纖維晶須TiB的端面上形核，然后裂紋擴展到基體合金中，最后導致材料失效。說明低溫時，增強體承載對提高復合材料的力學性能非常有利，而在高溫時，其強化作用主要由增強體與位錯的交互作用引起。位錯容易在短纖維狀晶須TiB的端面處塞積，形成裂紋源導致材料失效。因此與等軸狀及近似等軸狀增強體TiC比較，短纖維狀增強體TiB對復合材料高溫力學性能的強化效果要低一些。這也是石墨的加入形成等摩爾的TiB和TiC增強體有利于提高復合材料高溫性能的主要原因。

8、研究了原位合成鈦基復合材料的高溫蠕變性能和持久斷裂性能。原位合成鈦基復合材料的高溫蠕變經歷了典型的蠕變變形的三個階段。蠕變持久強度與基體合金比較有了明顯的提高。持久強度與溫度及載荷密切相關，溫度和載荷的提高都降低復合材料的高溫蠕變和高溫持久性能。石墨的加入形成更多的TiC粒子，同樣有利于提高鈦基材料的持久強度。在高溫、持久載荷作用下，材料的失效仍然主要由短纖維端面處形成裂紋而導致材料失效引起。

本研究首先從理論上分析了原位合成TiB、TiC及TiB和TiC混雜增強鈦基復合材料的原位合成機制，并以此為基礎開發出了一種新型鈦基復合材料加工工藝。利用該工藝鈦合金生產廠家可以在不改變設備和工藝的條件下，低成本高效制備高性能的鈦基復合材料。而采用該原位合成工藝制備復合材料的性能是可設計和可控制的，針對不同的應用條件，可以設計不同成分的基體合金及不同含量、不同配比增強體的復合材料以滿足不同的需求。從合金相圖、增強體晶體結構及凝固理論相結合分析了原位合成增強體的生長機制、生長形態、分布狀態以及界面微區特征。研究了鈦基復合材料的微觀組織對鈦基復合材料力學性能的影響規律。這些研究為以后制備高性能的鈦基復合材料和拓展 鈦基復合材料的應用領域打下了堅實的理論基礎和為批量生成提供了實用途徑。近兩年來，研究成果引起了國家航空航天部門的關注，國家“十五”軍工重點課題和航天支撐基金、航天創新基金課題獲得了批準。并將用于我國的先進戰略導彈XX－2改，戰術導彈XX－19及新一代洲際導彈和潛地導彈的構件。鑒于該技術在國防軍工方面具有的戰略意義以及在民用領域的潛在應用前景，與國內大型鈦合金加工企業—寶鋼集團五鋼有限公司開展產業化研究，完成了該材料的中試過程，實現了新型鈦基復合材料的工業化生產。研制開發的材料近期將在國家戰略、戰術武器、宇宙飛船等方面得到驗證和應用。并將逐漸推廣應用于民用領域，為國民經濟的發展作出貢獻。

關鍵詞非連續增強鈦基復合材料，原位合成，生長機制，凝固，晶體結構，微觀結構，力學性能，位向關系，界面結構

Fabrication,MicrostructureandMechanicalPropertiesofinsituSynthesizedTitaniumMatrixComposites

ATRACT

Duetoincreasingrequirementfortitaniumalloywithhighpropertiesinhightechnologyera,discontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositesownthefollowingadvantages:highecificstrength,highecificmodulus,highelevatedtemperatureproperty,wearresistanceandlowfabricatingcost,sotheyhavebecometheresearchhotot.Theproceingtechnique,microstructureandmechanicalpropertieshavebeenexteivelystudied.However,themainaimisdiscontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositepreparedbytraditionaltechniquesuchaspowdertechnologyandliquidmetallurgy,wheretheceramicparticlesaredirectlyincorporatedintosolidorliquidmatricesreectively.Inthispaper,paredwithtraditionaltechnique,insitutechniqueownthefollowingadvantages:thetechniqueisverysimpleandthepropertiesareexcellent,soitiseasiertofabricatetitaniummatrixcompositesintechnologyandeconomic.Theinsitusynthesisofceramicparticleavoidsthepollutionofreinforcementsandwettabilityexistingincastingtechnique,soitisvaluabletofabricatetitaniummatrixcompositeswithbetterproperties.However,therearestillquitealotofproblemstoberesolvedinordertofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.Therefore,theresearchontheseproblemsintheoryandexperimentisveryimportant.

Itiswellknownthatthekeyproblemindevelopmentandalicationofmetalmatrixcompositesiscostandproperty.Anewtechniquehasbeendesignedtoproducetitaniummatrixcomposites,inwhichitispoibletofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCparticle,wereproducedbycommontitaniumalloycastingtechniqueutilizingtheself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4C.Inordertodeveloptheutilizationareaoftitaniummatrixcompositesandmakebasisforproducingtitaniummatrixcompositeswithhighproperties,thefollowingworkshavebeendeveloped.

1.InsitusynthesismechanismoftitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiB,TiCorTiBandTiCutilizingthereactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Chavebeeninvestigated.GifreeenergyDGandformationenthalpyDHofreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Cwerecalculatedbythermodynamictheory.TheGifreeenergyDGofabovereactioisnegative,whichindicatesthattheabovereactioallcantakeplace.ItispoibletosynthesizeTiB2andTiCutilizingthereactionbetweentitaniumandB4C.However,coideringfromchemicalbalance,TiB2cannotexistintitaniummatrixalloystably.Theabovereactioreleasequitealotofheat.Moreover,theadiabatictemperatureisgreaterthanthetheoreticalcriterion,whichindicatesthatthereactioncanbesustainedbyitself,namelyself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactioncanoccur.

2.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCpart iclehavebeenproducedbynon-coumablevacuumarcremeltingfurnaceandcoumablevacuumarcremeltingfurnace.TheresultsofX-raydiffractionshowthattheinsitusynthesizedreinforcementsareTiBandTiC.Thereinforcementsweredistributeduniformlyinmatrixalloy.Theshapesofreinforcementsareshort-fibreshape,dendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshape.Thereinforcementwithshort-fibreshapeisTiB,thereinforcementwithdendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshapeisTiC.Theexperimentalresultisingoodagreementwiththeoreticalresult,whichprovidesgistforcommercialproductionofinsitusynthesizedtitaniummatrixcomposites.

3.Thegrowthmechanismsofreinforcementsininsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Thegrowthmechanismsarecloselyrelatedtosolidificationpathsandcrystalstructures.Thereinforcementsdiersefrommeltandgrowinthewayofnucleationandgrowth.FortheinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcomposites,thereinforcementsundertakethefollowingthreestages:primarycrystal,binaryeutecticandternaryeutectic.Duetothedifferentcrystalstructures,TiBandTiCgrowindifferentshapes.TiBisliabletogrowalong[010]directionandformshort-fibreshapeduetoit’sB27crystalstructure.TheshapeofTiBatcrosectionispolygon,thecrystalfacesarecomposedwith(100),(101)and(10).Moreover,thereisstackingfaultinTiBandthestackingfaultislikelytoformat(100)crystalface.TiCwithNaClcrystalstructuregrowsindendritic,equiaxedornear-equiaxedshape.

4.Theeffectsofaluminumadditiononmicrostructureandmechanicalpropertiesofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Theadditionofalloyingelementaluminumdoe’tchangephasesandadjustthesolidificationpath.However,thealloyingelementhindersthenucleationandgrowthofreinforcementsthatresultinmorefineTiBandTiCreinforcementsandmakeTiCreinforcementsgrowwithequiaxedparticleseasily.Aluminumnotonlystrengthethematrixalloybysolidsolutionstrengthening,butalsoimprovesthemechanicalpropertiesbyrefiningthereinforcements.

5.TheinterfacialmicrostructuresofinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlesreinforcedtitaniummatrixcompositeshavebeenoervedbymeaoftramiionelectronicmicroscopyandhigh-resolutiontramiionelectronicmicroscopy.Theresultsshowthattheinterfacesareveryclean.Theyarebondedwell.ThereisnocoistentcrystallographicrelatiohipbetweenTiCandtitanium.However,therearefollowingcoistentcrystallographicrelatiohibetweenTiBandtitanium:,,(0002)Ti//(001)TiB,and,,(0002)Ti//(200)TiB.Moreover,itiscloselyrelatedtothecrystalstructuresofreinforcementandmatrixalloy.Theformationofabovecrystallographicrelatiohiisvaluabletodecreasetheenergyoflatticestrainbetweenreinforcementandmatrixalloy.

6.Themechanicalpropertiesofcast-titaniummatrixcompositesandhigh-temperaturetitaniummatrixcompositesafterhot-forginghavebeeninvestigated.Duetotheincorporationofinsitusynthesizedreinforcements,themechanicalpropertiesimproveobviouslycomparedwithmatrixalloy.Whenthevolumeofreinforcementsis8,theYoung’smodulusE,yieldstrengths0.2andteilestrengthare131.2GPa,1243.7MPaand1329.8MPa,reectively.Theyimprove19.3,47.4and45.5,reectively.Thestrengtheningmechanismsincludethefollowingfactors:undertakingloadofreinforcements,refinementofgrainsizeandformationofhigh-deitydislocatio.TheadditionofgraphiteformsmoreTiCparticleswithequiaxedornear-equiaxedshapethatisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatroomtemperature.ThisisrelatedtoexistingofTiBthatresultfractureofcompositesatlowlevelofaliedstrain.

7.Theultimateteilemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatelevatedtemperaturehavebeeninvestigated.Theultimateteilestrengthsofinsitusynthesizedtitaniummatrixc ompositesat600oC,650oCand700oCare786.1MPa,657.4MPaand564.3MPa,paredwithIMI834alloy,theultimateteilestrengthat600oCimproves23.8.Astemperatureincreases,theyieldstrengthandultimatestrengthdecrease,paredwithmatrixalloy,themechanicalpropertiesathightemperatureofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositesimproveobviously.Theanalysisoffracturesurfacesshowthatcrackareformedduetothefractureofreinforcementsatlowtemperature,whilethecracksarelikelytonucleateattheendsofshort-fibreTiBandpropagatetomatrixalloyathightemperaturesothatcompositesfailure.Theyindicatethatundertakingloadofreinforcementsisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesatlowtemperature.Athightemperature,thestrengtheningeffectresultsfromtheinteractionbetweenreinforcementsanddislocatio.DislocatioareliabletoaccumulateandentangleattheendsofTiBwhiskers,paredwithequiaxedornear-equiaxedTiCparticle,thestrengtheningeffectofTiBwhiskerontitaniummatrixcompositesislowerthanthatofTiC.ThisisalsothemainreasonthattheadditionofgraphitetoformmoreTiCisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesathightemperature.

第3篇：復合材料論文范文

論文關鍵詞：TiC_P復合材料,動態拉伸性能,高應變率,位錯

 

1　引言

顆粒增強金屬基復合材料因其具有較高的比強度、比剛度以及良好的加工性能在結構和工程上得到越來越廣泛的應用［1］。但復合材料強度提高的同時，其延性卻明顯下降。近年來，國內外的學者對復合材料的彈塑性性能進行了廣泛的研究［2-7］，內容涉及失效機制，如顆粒的斷裂、基體和增強顆粒界面的脫粘、基體的延性失效及加工工藝及熱處理對復合材料性能的影響等。

大多數金屬材料和金屬基復合材料的強度會隨應變率的提高而提高，且復合材料的應變率敏感性通常取決于基體的應變率敏感性以及基體和增強顆粒界面的結合情況等。本文將對TiCp/Ti 復合材料的動態拉伸性能進行研究，建立其率相關的本構關系，并從微觀角度討論其強化斷裂機理、應變率敏感性以及復合材料應變率敏感性高于基體的原因。

2動態拉伸試驗

2.1　試驗系統及原理

沖擊拉伸試驗在中國科技大學的旋轉盤式桿—桿型沖擊拉伸試驗機（SHTB）上進行，試驗裝置如圖1所示。SHTB實驗裝置由旋轉盤式加載系統、撞塊、輸入桿和輸出桿組成。加載裝置是一個直徑為1.4米，轉動線速度可以達到100m/s的飛輪。前置理想彈塑性金屬短桿通過螺紋與撞塊和輸入桿連接，受拉伸試件用耐沖擊高強度聚炳烯酸粘接劑與輸入桿和輸出桿的叉口相粘接。當飛輪邊緣的線速度達到預先設定的數值時，安裝在高速旋轉盤上的雙片錘頭（1）瞬間被彈出并以該線速度打擊撞塊（2），這時同輸入桿相連的理想彈塑性前置金屬短桿（3）被拉斷，從而在輸入桿（4）中產生一近似拉應力方波脈沖。當入射應力脈沖沿輸入桿向右傳播到試件（5）后，一部分反射回輸入桿（6）中，另一部分通過試件傳入輸出桿中，并在輸入桿和輸出桿中分別產生反射波和透射波。拉伸脈沖的幅度、寬度、和上升沿是由金屬短桿的直徑、長度和錘頭的打擊速度來決定的。貼在輸入桿和輸出桿上的三組半導體應變片（7）分別測得入射波、反射波和透射波，通過超動態應變儀（8）放大后被存

TCL雙通道瞬態波形存儲器（9）中。

根據一維應力波理論可得試件中的應力、應變和應變率分別為

（1）

國家自然科學基金(No.90305018)資助項目、北京林業大學優秀青年教師科技創新項目（YX2010-6）.

（2）

（3）

其中，和分別為試件的橫截面面積和長度； ，和 E 分別為輸入/輸出桿中彈性波的波速、桿的橫截面面積以及彈性模量。

2.2　試驗材料

試驗所用的鈦合金基體（T650）和TiC顆粒增強鈦基復合材料（TP650）均由西北有色金屬研究院自行研制并提供。TiC增強顆粒的平均粒度為5，體積百分比為3%；復合材料TP650采用PTMP（Pre-treatment melt process）法制備，顆粒在復合材料中呈彌散分布，界面反應層穩定。基體和復合材料試樣均采用簡單的退火，其熱處理參數為：800℃/1小時＋空冷。

試件設計成扁平的啞鈴狀，厚度1.1mm，形狀、尺寸和形位公差設計如圖2所示。

TiC顆粒和鈦合金基體的物理和力學性能如表1所示。

表1 TiC顆粒和鈦合金基體的物理和力學性能

Table 1 The Mechanical properties of TiCPparticles and Titanium alloy matrix

 

材料

TiC顆粒

基體T650

密度/ g/cm3

4.43

4.51

楊氏模量E/ GPa

460

118

剪切模量G/ GPa

193

43

泊松比

0.188

0.35

熱膨脹系數/ ×10-6/K

第4篇：復合材料論文范文

[關鍵詞] 知識圖譜;共詞分析法;焊接學;材料學

[中圖分類號] G434 [文獻標識碼] A 文章編號：1671-0037（2015）08-80-6

Analysis of the Hot Spot and Research Trend of the Material Engineering Discipline based on the Common Word Knowledge Map

Zhang Xuezhao1，2

（1.Library of Henan University of Science and Technology， Luoyang Henan 471023; 2. Libraryof Zhoukou science and technology Career Academy， Zhoukou Henan 466000）

Abstract：In this paper， the latest scientific metrology technology―knowledge map is applied to the material engineeringdiscipline in our country. Through taking the two disciplines （Materials Science and Welding） as the research objects， a total common word knowledge mapsof thetwo disciplines were constructed， tohighlight the research hotspot， research trends and development of thetwo disciplines.

Keywords：knowledge map; commonword analysis; welding; Materials Science

1 研究內容

將材料學和焊接學兩門學科作為研究對象，以CSCD國內權威數據庫的作為數據源，采用計量學中的共詞分析方法，對1989～2013年材料學、焊接學等學科文獻的關鍵詞進行統計，并利用聚類分析、因子分析、多維尺度分析以及社會網絡分析等方法和相關軟件，構建這兩門學科的關鍵詞詞頻分布表、類團關系圖等，通過對所構建的兩個學科的共詞知識圖譜進行詳細比較對比，分析兩門學科的當前研究熱點、研究趨勢及前景。

2 研究方法及過程

2.1 數據來源

本文采用的數據來源于《中文社會科學引文索引》檢索系統。本文選取CSSCI1989～2013年收錄的期刊----鋼鐵研究學報和復合材料學報、電焊機和焊接技術做樣本，套錄該期刊文獻的所有題錄信息。具體方法：打開CSSCI檢索界面，收錄年限選定為1989～2013，在[來源文獻]檢索界面的[期刊名稱]中分別輸入“鋼鐵研究學報、復合材料學報和電焊機、焊接技術”期刊刊名，[匹配]限定為“精確”，同時[每屏顯示]設定為50條，套錄這些期刊在這一時期內文獻的題錄信息，然后將得到的數據分別整理后，分別得出在這一時期內材料學和焊接學題錄數據庫。然后通過利用C#自編的計算機程序，按照頻次由高到低排列，得到一個材料學和焊接學的關鍵詞排名，頻次總數分別是16 057個和21 622個。

2.2 數據處理說明

從兩個學科關鍵詞排序中分別截取一定頻次的關鍵詞，其中材料學關鍵詞截取詞頻大于22次、焊接學關鍵詞截取詞頻大于50次，由此，得出了兩個學科的99個和102個高頻關鍵詞。再將這些類似性質的關鍵詞進行歸整，從而分別確定了兩個學科的80個和63個高頻關鍵詞表，將這兩個關鍵詞表（見表1-1、表1-2）作為共詞分析我國材料工程學科的基礎。

2.3 構造關鍵詞共詞矩陣

2.3.1 構造原始共詞矩陣

由于以上兩個學科選定的關鍵詞是材料工程學科論文中出現頻率最高的詞，它們代表了當前我國材料工程學科的研究熱點。為了能進一步更好地反映這些關鍵詞之間的關系，本論文對這些高頻關鍵詞作如下處理：在已建立的題錄數據庫中，利用自編的計算機程序分別對兩個學科確定的80個和63個高頻關鍵詞兩兩進行共詞檢索，經過統計分析，得到了一個80×80的共詞矩陣（部分數據見表1-3）和一個63×63的共詞矩陣（部分數據見表1-4）。

以上兩個表格中的共詞矩陣是一個相關、對稱矩陣，對角線上的數據為該詞出現的頻次，主對角線單元格的數據為兩個關鍵詞共同出現的頻次。

2.3.2 構造相關矩陣

本文在對兩個學科的原始矩陣進行包容處理時采取Salton指數法，處理數據部分結果見表1-5和表1-6，Salton指數法的計算公式為[3]：S=Nij/（Ni×Nj）1/2（3-1）。其中，Ni，Nj分別表示關鍵詞i和j的頻次，Nij表示關鍵詞i和j共現的頻次。

以上兩個表格相關矩陣中的數字為相似數據，數字的大小表明了相應兩個關鍵詞之間的距離遠近，數值越大則表明關鍵詞之間的距離越近，相似度越好;反之，數值越小則表明關鍵詞之間的距離越遠，相似度越差。

2.3.3 構造相異矩陣

由于相關矩陣中的‘0’值過多，統計時容易造成誤差過大，為了方便進一步處理，兩個學科相異矩陣的部分數據詳見表1-7和表1-8。

以上兩個表格相異矩陣中的數據，正好與相關矩陣相反，數值越大則表明關鍵詞之間的距越遠，相似度越差;反之，數值越小則表明關鍵詞之間的距離越近，相似度越好。

2.4 聚類方法與聚類圖

具體方法：在SPSS17.0軟件界面中輸入要分析的相異矩陣，然后選擇[分析]――[分類]――[系統聚類]進行聚類分析。聚類方法選擇組間距離法;度量標準--區間選擇共詞聚類分析中最常用的歐氏距離（Euclideandistance）。

3.5 構建類團關系圖

類團關系圖主要用連線的粗細來明確類團間的關系強弱，類團間的關系強弱以連線的粗細來表示，兩個類團之間的連接線就越粗，說明他們之間的關系的關系越強，反之則亦然[4]。具體方法是首先計算出各個類團的內部聯系強度與其外部聯系強度，然后利用先進的社會網絡分析軟件pajek繪制出兩個學科的類團關系圖。通過對兩學科類團的形成、演化、新增及消失的過程研究，動態地揭示我國材料工程學科的研究的現狀、熱點及發展。

3 研究結果與分析

3.1總體狀況描述

材料學科（以鋼鐵研究學報和復合材料學報為代表）從1983年到2013年共有9 302篇論文，每種期刊年均155.03篇，平均每篇論文的關鍵詞數為1.73個。經過規整、縮減后，這一階段頻次不小于22次的高頻詞共80個，其中，復合材料、力學性能、顯微組織、有限元分析、層合板、數值模擬等出現200次以上，說明網絡環境下以復合材料為核心的材料性能分析是這一階段的研究熱點，具體分析內容主要體現在材料的力學性能分析、有限元分析、數值模擬分析等方面。

焊接學科（以電焊機和焊接技術為代表）從1984年到2013年共有11 778篇論文，每種期刊年均196.3篇，平均每篇論文的關鍵詞為1.84個。這一學科（焊接學科）論文總數與材料學科相比基本持平，但是篇均關鍵詞數卻略有上升。經過規整、縮減后，這一階段頻次不小于50次的高頻詞共63個，與材料學科相比，焊接工藝以2 368次居于首位，焊機、焊縫、焊接電源、焊接控制、焊接質量、焊接電流、電焊、埋弧焊、焊條等是出現200次上的高頻詞，可見，在該學科目前的主要研究熱點是焊接設備、焊接工藝、焊接工業參數等方面。這些方面的研究直接決定或影響到焊接質量和焊接效果，這也與生產實際緊密結合，充分體現了這一學科的實踐性。

3.2 研究主題的異同

從材料學科形成的聚類圖可以看出，我國材料學科的主要熱點研究領域、研究主題、研究熱點可以總結為以下幾個方面：

3.1.1 材料工藝、參數研究

這方面的研究是我國材料學科研究領域研究成果最豐碩的部分之一。該類團群主要包括“材料熱處理類團”“材料工藝性能研究類團”兩個類團。在該階段，從關鍵詞聚類分析結果來看，隨著有計算機技術、數據/值模擬仿真技術及材料熱處理技術的發展。材料學科研究動態主要表現在以下兩個方面：第一，材料分析、材料加工更加精準化。第二，材料熱處理參數、方法始終是材料學科發展的重點。

3.1.2 工程材料研究

工程材料研究始終是材料學科研究的主要方向。工程材料類團群主要包括金屬材料類團、非金屬材料類團、復合材料類團。金屬材料類團一直是材料學科發展的主流，各種有色金屬它們是現代各種機器零部件的生力軍，它們為材料學科的發展奠定了基礎。復合材料類團的研究是材料學科發展的延續和補充。在現當代化生產中，隨著對材料性能需求的日益提高，單純的金屬材料性能已經不能滿足各類機器零部件的使用要求，為此復合材料的研究被材料學家們納入了研究領域，并且自從復合材料進入研究領域開始，到現在，乃至未來，復合材料的研究都將經久不衰，這一點從關鍵詞詞頻分布都可以看出：復合材料出現的頻次排列第一、層合板、金屬基復合材料、高溫合金、陶瓷基復合材料、復合材料結構等關鍵詞的都屬于這一類團，并且頻次分布也很靠前。

3.1.3 材料性能缺陷研究

材料性能缺陷研究也是我國材料學科乃至全世界材料學科研究的主題。這一研究類團群主要包括材料加工方法類團和材料缺陷類團。材料缺陷類團包含的關鍵詞主要有：疲勞、裂紋、磨損、斷裂、夾雜物等，這些關鍵詞頻次的分布在本研究統計中占有相當的比重，由此可以看出怎樣預防材料的各種缺陷，提高材料的加工及使用性能，至關重要。緊接著引出了材料學家們所關注的材料的加工類團（轉爐、電弧爐、熱軋、冷軋、軋制等）。雖然這一類團群的關注度不如工程材料研究，也不如材料工藝參數的研究。但是無論從各種工程材料來說，還是從各種材料的工藝參數研究來說其目的都是怎樣去避免材料的各種缺陷，從而提高和改善材料的加工性能、使用性能，達到人們生產加工的目的。

從焊接學科的聚類圖可以看出，我國焊接學科的主要熱點研究領域、研究主題、研究熱點可以總結為以下幾個研究方向：

3.1.3.1 焊接工藝參數研究。同材料學科一樣，焊接學科的焊接接工藝參數研究是本學科的研究主題和重點。在這一類團群中焊接工藝這一關鍵詞在頻次表中出現的次數達到了2 368次，可見在焊接學科中，工藝參數研究所站的比重和地位。焊接工藝規范、焊接工藝參數、焊接手法等方面是這一類團研究的主題，而這一研究主題隨著焊接設備和焊接方法的不同焊接工藝亦有不同。

3.1.3.2 焊接類型方法研究。這一類團是一個大面類團，焊接類型和方法直接決定或影響焊接工藝、決定了焊接設備、焊接工具的選擇。這一類團的關鍵詞主要有：手工電弧焊、堆焊、焊接方法、激光焊接、攪拌摩擦焊、點焊、埋弧焊、釬焊、氬弧焊、氣體保護焊等。隨著焊接技術的發展及焊接質量要求的提高，該類團正朝著自動焊接、機器人焊接等自動化方向發展。

3.1.3.3 焊接工程、工具、材料研究。焊接工程、工具、材料這一類團群涉及焊接材料、焊接環境、焊接設備工具，從而間接地決定焊接方法的選擇、焊接工藝流程。這一研究類團，從各種焊接對象材料（管道、鋁合金、不銹鋼、奧氏體不銹鋼等）說起，涉及了焊接結構、焊接工程、工程建設及焊接應用。分析了焊條、藥芯焊絲的使用環境、使用方法等。這一主題類團的研究，是該學科研究的基礎，研究主題關鍵詞雖然詞頻分布沒有排在前列，但關鍵詞詞頻分布的范圍廣。未來該主題的研究將朝著細化焊接工具方向，具體可能以焊接工具研究所形式出現。

3.1.3.4 焊接質量控制研究。這一類團的研究主題是焊接學科研究的目的所在。不管焊接工藝如何合理、焊接方法如何選擇、焊機及焊接工具的選擇的多么具有針對性，其最終目的是獲得優質的焊接質量。在這一研究主題中，分析了各種焊接缺陷（裂紋、缺陷、變形等）各作者、學者提出了如何規避焊接缺陷的各種方法、技巧。目前這一研究主題隨著焊接材料的多樣化，生產要求的提高而日益嚴峻，機器人技術、自動焊技術的發展對焊接質量的提高起著決定性的作用，但其普及應用任重而道遠。

4 類團關系分析

確定了材料學科、焊接學科類團后，就可以研究各學科類團間的相互關系，找出哪些類團是核心類團，它與其他類團之間聯系密切;哪些類團是非核心類團，它與其他類團之間聯系疏松;哪些類團與其他任何類團都沒有任何關系，屬于相對獨立類團。為此，筆者根據各類團之間的內、外相互關系，利用pajek軟件繪制出了既能反映自身類團的內部聯系強度又能反映這個類團與其他類團的外部聯系強度的類團關系圖（如圖1-1、圖1-2所示）。在圖中，類團的內部聯系強弱用節點的大小來表示，節點越大，表明該類團的內部聯系強度越小，反之，則相反;節點連線的顏色深淺和連線的粗細程度和表示兩節點間的外部聯系強度，兩節點間連線顏色越深、連線越粗，則表示兩類團之間的外部聯系強度越大，反之，則相反。

圖1-2 焊接學類團關系圖

5 結語

本部分研究采用共詞分析方法，利用聚類分析、先進的社會網絡分析方法和軟件Pajek，分別繪制出材料學科和焊接學科兩學科的聚類圖、類團關系圖，對兩個學科：材料學科和焊接學科研究主題進行了較為詳細的對比分析。通過分析對比得出兩個學科的發展變化特點：

5.1 材料學科和焊接學科都屬于工學學科，其發展研究主題存在共性

從兩個學科的研究主題來看，我國材料學科研究領域、研究熱點體現在復合材料、材料工藝參數研究、材料性能缺陷研究上，而焊接學科體現在焊接工程、工具材料、焊接工藝參數研究、焊接質量（缺陷）控制上。兩個學科之間研究主題框架基本一致，其目的都是為了滿足生產實踐，都是為了規避缺陷（材料缺陷、焊接缺陷），提升加工質量。

5.2 熱點研究領域顯現新特征

兩大學科的熱點研究領域各有新特征：材料學科的陶瓷基復合材料、鋁基復合材料、有限元分析、數值模擬等;焊接學科的自動焊技術、機器人技術等。

5.3 兩個學科研究范圍和內容具有一定的連續性、階段性、變化性

兩個學科不論是材料學科還是焊接學科都是從工程材料研究到工藝參數研究，最后再到性能缺陷研究，整個研究過程呈現出連續性、穩定性、階段性、變化性的特點。每個階段在各自基礎上由細化整體上呈現發展性。

參考文獻：

[1] 秦長江.基于共詞知識圖譜的人文學科研究熱點可視化的實證研究[J].圖書館理論與實踐，2010（12）.

第5篇：復合材料論文范文

關鍵詞：納米復合材料；納米粘土；碳納米管；納米石墨片；阻隔性；阻燃性

[中圖分類號]TQ323.6[文獻識別碼]A[文章編號]

納米復合材料的發展還處于成長期，據預測，在未來幾十年內，它們將被證明是改變塑料工業面貌的最強有力的事物。只要通過熔融共混或原位聚合在聚合物中添加2％～5％的納米顆粒，復合材料的熱－機械性能、阻隔性能和阻燃性能將會得到戲劇性的提高。在提高耐熱性、尺寸穩定性、導電性方面，它們也能超越普通填料和纖維填料。

納米尺度的增強塑料在汽車和包裝業已經市場化，盡管利潤不是太高，發展速度也比預期的慢。但是就像熱心的研究人員和商業界人土在最近發表的多篇論文所指出的，納米復合材料的發展步伐將大大加快[1-3]。

美國商業通訊有限公司（BCC）的市場調查報告指出，在2003年，世界市場上的聚合物納米復合材料的總產量為二千四百五十萬鎊，價值九千余萬美元。BCC還指出，納米復合材料的市場年增長率將會達到18.4％，到2008年產值將會達到兩億多美元。

在研究開發和實際應用中處于領先地位的納米填料是納米粘土、納米滑石、碳納米管和石墨片。但是其它如合成粘土、多面體低聚硅倍半氧烷(POSS)、以及像亞麻和苧麻之類的天然纖維也在被積極地開發。

1．最常用的納米填料

目前最受人們關注并率先投入商業應用的兩類納米填料是納米粘土和碳納米管。這兩種納米填料必須進行化學處理來改變其表面性質，以促進填料在樹脂中的均勻分散，改善填料和樹脂的相容性，這樣才有可能達到最佳的改性效果。這兩種納米填料能顯著地改善塑料的結構、熱性能、阻隔性和阻燃性。碳納米管還能提高塑料的導電性。

到目前為止，由于價格低，納米粘土顯示出了最強的商業競爭能力，它的價格為2.25-3.25美元/鎊，可以被廣泛地用于熱塑性聚烯烴、絳綸、聚苯乙烯和尼龍等。

研發和應用最多的是蒙脫土（一種層狀硅鋁酸鹽），它的單個片層直徑約1微米，厚度約1納米。美國國內兩家主要的生產商是Nanomer公司和南方粘土產品公司。這兩家公司和樹脂與改性劑供應商、復合材料生產商、汽車零部件生產商和包裝公司聯合進行研究開發，相關研究成果都申請了專利,不少研究成果在商業上取得了成功。

通用汽車公司已經率先將納米復合材料用于汽車上。通用汽車公司宣布在2002款GMC旅行車和ChevroletAstro客貨兩用車車體外的腳踏板上使用了納米復合材料。在2003和2004款車型上也使用了納米復合材料部件。稍后，通用汽車公司在它的體積最大的車型，2004款的ChevroletImpala汽車的車體兩側使用了聚丙烯／粘土納米復合材料。這種復合物是由密執根州Warren市的通用汽車公司研發中心與Basell北美公司、南方粘土產品公司聯合開發的。

最新的應用是在20__款的GMHummerH2汽車上。這種車車箱底的中心大梁、方向盤和車尾的保險杠上用了大約7鎊重模塑成型的彩色納米復合材料部件。這種材料是Basell公司研發的熱塑性聚烯烴/納米粘土復合材料。

納米粘土能提高塑料的力學強度，而碳納米管則能賦予塑料以導電性和導熱性。碳納米管的商業潛力受到它的高價格的制約，其價格高達100美元/克，它的聚合物母料在市場上可以50美元／鎊左右的價格購得。但從上世紀九十年代未以來，美國生產的幾乎每一輛汽車中都使用了碳納米管，典型的應用是將碳納米管與尼龍混合以改進燃料系統的抗靜電性能。含碳納米管的防靜電復合材料也能用于保護計算機的讀寫頭。

碳納米管包括單層和多層結構兩種類型。前者的外徑通常是1-2納米，后者的外徑通常是8-12納米。他們的長度在10-100微米之間，至少有1000：1的長徑比。碳納米管的拉伸強度是不銹鋼的50倍，導熱性是銅的5倍。與炭黑、金屬粉之類的傳統填料相比，碳納米管在增加塑料的導熱性與導電性方面的能力強很多倍。

美國國內的碳納米管供應商主要有HyperionCatalysis公司和后來的Zyvex公司。這兩個供應商提供的碳納米管聚合物母料通常含15-20的碳納米管。

一種不同但有關聯的產品是PyrografProduct公司提供的氣相生長的碳納米纖維。據稱它的PyrografⅢ納米纖維在改善導熱性和導電性方面能與碳納米管媲美，能大幅度地提高復合材料的機械性能和阻燃性（炭化）。更重要的是，碳納米纖維的價格低得多，大約100-150美元/鎊。碳納米纖維可用于尼龍、聚丙烯和聚氨酯。

2．主要的納米粘土復合物品種

Nanocor公司和另兩家專業復合材料生產商聯合開發的納米復合材料和母料在結構材料和阻隔材料方面的應用達到了商業規模。

NoblePolymers公司新的Forte牌聚丙烯納米復合材料已用于本田AcuraTL20__汽車。Forte取代了玻璃纖維增強聚丙烯，玻璃纖維增強聚丙烯成型困難、不透明、易于彎曲。Forte的密度只有0.928g/cc,機械性能優異,外觀得到了改善,且可多次回收使用。

Noble公司報告說Forte納米復合材料將被用于生產2006款輕型卡車的中央控制臺。其它方面的應用包括辦公家具（取代20％的玻璃纖維增強聚丙烯）和設備零部件，Forte能降低重量和成本。

PolyOne公司最近推出了Ma__amLST系列的聚丙烯均聚物／納米粘土復合物，聲稱這種材料具有高硬度和高沖擊強度。PolyOne公司還報告說通過其專利工藝,這種材料已克服了納米粘土剝離和分散不完全的問題，它的性能達到甚至超越許多熱塑性工程塑料。并稱這種材料質輕、美觀、易于成型、成本低。

PolyOne公司也提供納米粘土含量達40％的納米粘土母料（商品名為Nanoblend），Nanoblend的基體可以是均聚聚丙烯、改性聚丙烯、線型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和乙烯共聚物。一些品種專門被用于提高阻隔性能。PolyOne公司報告說最近的商業應用包括了貨盤和日常用品，并詳細說明了Ma__amLST可以做為工程塑料的替代品，因為它們具有良好的尺寸穩定性（這對于機器零部件是至關重要的）。而且，他們還稱這種材料具有好的沖擊強度和更輕的重量。Ma__amLST也可以考慮用于消費者可隨意使用的用具，這是因為它具有很好的耐化學腐蝕性和硬度，其可循環使用的次數也得到了大幅度的提高。

Nanoblend也正在被考慮用于汽車內外的

熱塑性聚烯烴部件。其主要優點是尺寸穩定、質輕、硬度高而沖擊強度不降低。Nanoblend用于膜片，可提高其阻隔性、硬度和熱變形溫度，控制抗菌劑、染料等其它添加劑的遷移和揮發。用于吹塑料成型包裝材料，可提高其阻隔性能，降低厚度，縮短成型周期。薄壁化和更快的成型速度對注塑成型也是有吸引力的[4,5]。3．增強效果更好的TPOs

由通用汽車公司和南方粘土產品公司發表的論文提及了汽車上的熱塑性聚烯烴（TPOs）部件，其性能通過納米粘土得到了大幅度的改進。這些改進來之不易：早先由于粘土凝聚導致的成型問題最終通過優化粘土在擠出機上的進料位置、螺桿設計、螺桿轉速、成型溫度和成型壓力得到了解決。成型問題解決以后，TPOs納米復合材料與傳統的滑石粉填充TPOs相比，性能得到了全面的改善，性能更穩定、低溫韌性更好、消除了水紋、減小了涂層的剝離和熔合痕、改進了著色能力、抗抓撓能力、抗磨損能力和再生能力。而且，更低的填料含量意味著更低的密度（密度降低3％－21％），更輕的重量粘合時需要的粘合劑更少，這有利于降低成本[6]。

在汽車上，納米復合材料適用的部件包括儀器儀表板、搖桿套、裝飾件、格柵、車蓋氣窗、儀器控制臺、座位上的泡沫材料、車門的芯層結構材料、軸套、垂直和水平支柱、檔板、引擎蓋、風扇罩、進氣口、燃料箱和輸油管線。

除了TPO／粘土納米復合材料外，通用汽車公司還嘗試了用碳納米管復合材料取代現在的熱固性結構復合材料。通用汽車公司對用碳納米管或短納米纖維取代連續的碳纖維后填料含量可以降低感興趣。碳納米管有潛力增加塑料的導熱性。

4．更好的阻隔材料

聚合物阻隔技術也通過納米粘土得到了很大發展。三菱氣體化學品公司(MGC)和Honeywell專業聚合物公司正在將Nanocor公司的納米粘土用于尼龍以作為多層聚酯瓶和食品包裝膜中的阻隔層。MGC的一種叫ImpermN的尼龍納米復合材料在歐州已用于生產裝啤酒和其它酒精類飲料的多層聚酯瓶。也正在被考慮用于生產裝碳酸類軟飲料的瓶子。接下來將被考慮用于生產多層熱成型的裝熟肉制品和干酪的包裝容器，以及用于生產包裝土豆片和番茄醬的軟質薄膜。

Honeywell公司起初將它的Aegis牌尼龍6納米復合材料定位于生產聚酯（PET）啤酒瓶。在2003年底，韓國的HiteBrewery公司生產了一種叫HitePitcher牌的啤酒瓶，在這種啤酒瓶中使用了含抗氧劑的Aegis，但在商業上并不成功。Aegis是三層結構中的阻隔層，據說可以提供26周的保質期。

Honeywell公司現在正將其它的不含抗氧劑的Aegis納米復合材料代替乙烯－乙烯醇共聚物（EVOH）用于制作薄膜和包裝袋。據報導，這些材料成本比EVOH低，質輕，阻隔性能更好，而且有更好的抗穿刺能力和更好的透明度（因為納米顆粒的體積小，不會妨礙光線透過）。

美國軍方和美國航空和宇宙航行局（NASA）聯合馬薩諸塞州Chelmsford市的TritonSystems公司正在尋求用納米粘土提高EVOH的阻隔性能，以制備長效包裝材料。它們在EVOH中加入3％的南方粘土產品公司的Cloisite納米粘土并制成薄片，夾在兩層PP片之間，通過熱成型試驗性地制成了食品包裝盒。據報導，它不用冷藏就有3－5年的保質期，而且具有良好的透明度、成型加工性和可循環使用性能。

AlcoaCSICrawfordsville公司正在尋求一項有關共擠出阻隔材料的專利，這種材料用于生產啤酒、果汁和碳酸軟飲料的塑料瓶蓋。這種材料包括一層尼龍6／納米粘土復合材料，再加上一到二層含抗氧劑的EVA。這種材料據說在高濕度（相對溫度95％－96％）環境中勝過其它阻隔材料[7]。

韓國的LG化學品有限公司已經開發了一種高阻隔性的單層吹塑模塑容器，這種容器是用含3％－5％的納米粘土的HDPE制成的，用于裝甲苯和輕質的液態烴。LG報導說，與純HDPE相比，烴溶劑在這種材料中的滲透性降低了40－200倍。

5．多用途的納米碳

從上世紀九十年代初以來，象快速連接器、過濾器之類的汽車供油管路中的零部件中就使用了由尼龍12和納米碳組成的內部阻隔層。HyperionCatalysis公司現在致力于將碳納米管引入到用在汽車燃料系統中的改性尼龍和氟塑料之類的其它樹脂中。一種新的氟塑料／碳納米管復合材料正被用于制造汽車燃料管路連接器的O型圈。

在電子領域，計算機硬驅中的聚碳酸酯和聚醚酰亞胺（通用電氣公司的Ultem）部件用碳納米管進行了增強，加碳納米管后其傳導性更好，也更平滑。

在過去的三年以來，歐州一家主要的汽車零部件供應商一直在將碳納米管用于通用電氣公司的NorylGTX牌尼龍／聚苯醚合金中以制造外部的檔泥板。這種導電性的納米復合材料可以進行靜電涂覆。

位于東蘭辛市的密執根州立大學的復合物材料與結構中心研發了一種新的表面處理的石墨納米片。石墨有粘土幾倍的模量，有優異的導電與導熱性。當加入環氧樹脂后，與普通的的碳纖維和納米尺度的炭黑相比，它導致了更好的機械性能和優異的導電性。密執根州立大學看到了它在回聲探測保護和電磁干擾領域的潛在用途。塑料納米石墨復合物預計售價為5美元／鎊，比碳納米管和氣相生成的碳纖維要便宜得多。

碳納米管除了具有傳導性外，還具有其它性能。位于馬里蘭州Gaithersburg市的國立標準與技術研究所(NIST)的研究人員報告說在聚丙烯中加入碳納米管不僅提高了材料的強度和性能，而且顯著地改變了聚合物熔體的流動方式，事實上消除了出口膨脹。

6．納米阻燃劑

NIST的研究人員大量的研究表明納米粘土能有效地提高材料的阻燃性能。NIST發現在尼龍6中加2％和5％的納米粘土后，其放熱速度分別減小了32％和63％。

專業復合材料公司Foster公司最近闡述了更高含量（13.9）的納米粘土能被加入到尼龍12彈性體中。由于能促進炭化，納米粘土使得通常含量為50％的含鹵化合物／三氧化二銻阻燃體系含量降低了一半，這顯著地減小了阻燃劑對聚合物機械性能的影響。這家公司首先在2001年將尼龍12／納米粘土復合物用于管材和薄膜。

德國的Sud-Chemie公司供應一種叫Nanofil的改性納米粘土，Nanofil是一種阻燃劑。它最近研發了不含鹵素的EVA／PE電線電纜復合材料，這種復合材料含3％－5％的新型NanofilSE3000、含52％－55％的氫氧化鋁或65％的氫氧化鎂。據說結果導致產品機械性能得到了改進、外觀更光滑、擠出速度更快。

根據HyperionCatalysis公司的報告，兩次最近的研究表明多層碳納米管在不用鹵素的情況下就可以用作阻燃劑。在EVA和順丁烯二酸酐改性聚丙烯中，加2.4-4.8的碳納米管后，其放熱速度的降低就可以和含納米粘土的相應復合材料媲美甚至更好。

7．納米成核劑

納米粘土的許多優點之一就是可以做為成核劑控制泡沫材料的泡孔結構，增強泡沫塑料包裝材料的隔熱性能。多倫多大學機械與工業工程系研究了化學發泡的LDPE／木材纖維復合材料的擠出成型。在復合材料中加入5％的納米粘土減小了泡孔尺寸、增加了泡孔密度、促進了泡沫的擴散。在燃燒時，泡沫材料更易于炭化。在二氧化碳氣體發泡的LDPE／納米粘土上也得到了類似結果。

俄亥俄州立大學化工系的研究者發現少量的表面接枝了PMMA的納米粘土能減小二氧化碳氣體發泡的小孔聚苯乙烯泡沫塑料的泡孔尺寸，增加泡孔密度。俄亥俄州立大學的另一項研究成果表明在戊烷或水發泡的聚氨酯泡沫塑料中加入5％的納米粘土可以得到更小的泡孔和更高的泡孔密度。

路易斯安娜州立大學機械工程系報導加入4％－5％納米粘土能提高環氧樹脂復合泡沫塑料的柔韌度和伸長率，這種材料是三層結構材料中的芯層材料。

參考文獻：

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應用,20__,14(2):127-132.[2]王旭,黃銳,濮陽楠.聚合物基納米復合材料的研究進展[J].塑料,20__,29(4):25-30.

[3]S.S.Ray,K.Yamada,M.Okamoto,etal.Newpolylactide-layeredsilicatenanocomposites.2.Concurrentimprovementsofmaterialproperties,biodegradabilityandmeltrheology[J].Polymer,20__,44(3):857-866.

[4]余麗秀，洲，王秋霞等.蒙脫石／尼龍66納米復合材料制備及性能表征[J].礦產保護與利用，20__,(5):14-17.

[5]ModestiM,LorenzettiA,BonD,etal.Effectofprocessingconditionsonmorphologyandmechanicalpropertiesofcompatibilizedpolypropylenenanocomposites[J].Polymer,20__,46(23):10237-10245.

第6篇：復合材料論文范文

口腔種植體：

口腔種植體又稱為牙種植體，還稱為人工牙根。是通過外科手術的方式將其植入人體缺牙部位的上下頜骨內，待其手術傷口愈合后，在其上部安裝修復假牙的裝置。

陶瓷材料類：包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、生物降解性陶瓷等。具有機械強度高，耐腐蝕，無刺激和毒性，與組織相容性等特點。目前在臨床上也在使用。

碳素材料類：包括玻璃碳、低溫各向同性碳等。優點是生物體內有較高的穩定性，無生物降解作用。

金屬與合金材料類：包括金、316L不銹鋼（鐵一鉻一鎳合金）、鑄造鈷鉻合金、鈦及合金等。其優點是強度高、剛性好，但生物機械適應性和組織、骨適應性均較差。

高分子材料類：包括丙烯酸酯類、聚四氟乙烯類等。某些高分子材料與人體結構中的天然高分子有較近似的化學結構，但易被生物體降解并刺激生物體。

第7篇：復合材料論文范文

[關鍵詞] CNTs；鎂基；復合材料；制備方法

[中圖分類號] TB331 [文獻標識碼] A 文章編號：1671-0037（2014）01-66-1.5

鎂及鎂合金具有密度低，比強度、比剛度高，鑄造性能和切削加工性好等優點，被廣泛應用于汽車、航空、航天、通訊、光學儀器和計算機制造業。但鎂合金強度低，耐腐蝕性能差嚴重阻礙其廣泛應用。

碳納米管不僅具有極高的強度、韌性和彈性模量，而且具有良好的導電性能，還是目前最好的導熱材料。這些獨特的性能使之特別適宜作為復合材料的納米增強相。近年來，碳納米管作為金屬的增強材料來強度、硬度、耐摩擦、磨損性能以及熱穩定性等方面發揮了重要作用。

近些年，鎂基復合材料成為了金屬基復合材料領域的新興研究熱點之一，碳納米管增強鎂基復合材料的研究也逐漸成為材料學者研究重點之一。本文就目前有關碳納米管增強鎂基合金復合材料的制備技術做綜述，以供研究者參考。

1 熔體攪拌法

熔體攪拌法是通過機械或電磁攪拌使增強相充分彌散到基體熔體中，最終凝固成形的工藝方法。主要原理是利用高速旋轉的攪拌器攪動金屬熔體，將CNTS加入到熔體漩渦中，依靠漩渦的負壓抽吸作用使CNTS進入金屬熔體中，并隨著熔體的強烈流動迅速擴散[1]。

周國華[2]等人采用攪拌鑄造法制備了CNTs/AM60鎂基復合材料。研究采用機械攪拌法，在精煉處理后，在機械攪拌過程下不斷加入碳納米管到鎂熔體中，攪拌時間20 min，然后采用真空吸鑄法制得拉伸試樣。研究結果顯示，碳納米管具有細化鎂合金組織的作用，在拉伸過程中，能夠起到搭接晶粒和承載變形抗力的作用。

C.S.Goh[3]等采用攪拌鑄造法制備了CNTS / Mg基復合材料時，金屬熔化后采用攪拌槳以450 r / min的轉速攪拌，然后用氬氣噴槍將熔體均勻地噴射沉積到基板上，從而制得CNTS / Mg基復合材料。力學性能測試表明，復合材料具有較好的力學性能。

李四年[4]等人采用液態攪拌鑄造法制備了CNTS/Mg基復合材料。CNTS加入前首先經過了化學鍍鎳處理，研究采用了正交實驗，考察了CNTS加入量、加入溫度和攪拌時間對復合材料組織和性能的影響。研究結果表表明，CNTS加入量在1.0%、加熱溫度在680 ℃、攪拌3 min時，能獲得綜合性能較好的復合材料。

攪拌鑄造法優點是工藝簡單、成本低、操作簡單，因此在研究CNTS增強鎂基復合材料方面得到廣泛應用。但攪拌鑄造法在熔煉和澆鑄時，金屬鎂液容易氧化，CNTS均勻地分散到基體中也存在一定難度。

2 消失模鑄造法

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型黏結組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

周國華[5]等人就通過消失模鑄造法制備CNTs / ZM5鎂合金復合材料。將PVC母粒加入到二甲苯中溶解，把CNTs加入上述溶液中超聲分散10 min后過濾、靜置20 h，裝入發泡模具發泡成型，用線切割機加工制得消失模。把制得的含碳納米管的消失模具放入砂箱內，填滿砂并緊實，將自行配制的ZM5鎂合金熔體澆注制得復合材料。實驗結果表明，碳納米管對鎂合金有較強的增強效果，對ZM5合金的晶粒有明顯的細化作用。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是把CNTS與鎂合金基體粉末進行機械混合，通過模壓等方法制坯，然后加入到合金兩相區進行燒結成型的一種成型工藝。粉末冶金法的優點在于合金成分體積分數可任意配比而且分布比較均勻，可以避免在鑄造過程中產生的成分偏析現象，而且由于燒結溫度是在合金兩相區進行，能夠避免由于高溫產生的氧化等問題。

沈金龍[6]等人采用粉末冶金的方法制備了多壁碳納米管增強鎂基復合材料。試驗采用CCl4作為分散劑將鎂粉和CNTS混合，在室溫下將混合粉末采用雙向壓制成型后進行真空燒結，制成碳納米/強鎂基復合材料。研究結果表明：碳納米管提高了復合材料的硬度和強度，鎂基復合材料的強化主要來自增強體的強化作用、細晶強化和析出強化。

Carreno-Morelli[7]等利用真空熱壓燒結粉末冶金法制備了碳納米管增強鎂基復合材料。研究發現，當CNTs含量為2%時，復合材料的彈性模量提高9%。

楊益利用利用粉末冶金法，制備了碳納米管增強鎂基復合材料，研究了碳納米管制備工藝和含量對復合材料組織和性能的影響。研究采用真空熱壓燒結技術，通過研究發現，在熱壓溫度為600 ℃、保壓時間20 min、保壓壓力在20MPa、CNTS含量為1.0%時，制得的復合材料具有強度最高值。TEM分析CNTS與鎂基體結合良好，增強機理主要有復合強化、橋連強化和細晶強化。

4 熔體浸滲法

熔體浸滲法是先把增強相預制成形，然后將合金熔體傾入，在熔體的毛細現象作用下或者一定的壓力下使其浸滲到預制體間隙而達到復合化的目的。按施壓方式可以分為壓力浸滲、無壓浸摻和負壓浸滲三種。

Shimizu等采用無壓滲透的方法制備了碳納米管增強鎂基復合材料，隨后進行了熱擠壓，力學性能測試顯示，抗拉強度達到了388MPa、韌性提高了5%。

5 預制塊鑄造法

周國華等人采用碳納米管預制塊鑄造法制備了CNTS / AZ91鎂基復合材料。將AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后，用50目不銹鋼網篩過濾后在模具中壓制成預制塊。然后利用鐘罩將預制塊壓入鎂熔體并緩慢攪拌至預制塊完全溶解，采用真空吸鑄法制得復合材料試樣。研究結果表明，預制塊鑄造法能夠使CNTs均勻分散到鎂合金熔體中，復合材料的晶粒組織得到細化，力學性能明顯提高。

6 結語

近年來，CNTs在增強鎂基復合材料的研究越來越多，目前存在的主要問題是CNTs的分散和與基體界面的結合等問題。由于但碳納米管具有高的比表面能，使其在與其他材料的復合過程中易形成團聚，導致復合材料性能不甚理想，最終起不到納米增強相的效果，同時碳納米管屬輕質納米纖維，與各類金屬的比重相差太大，不易復合。目前有關碳納米管增強鎂基合金復合材料的研究還處于初期階段，隨著技術的不斷發展，新工藝和新方法不斷出現，CNTs的分散及與基體的界面結合等問題將逐漸被解決，開發出性能優異的CNTs / Mg基復合材料將有著重要的意義。

參考文獻：

[1]張玉龍.先進復合材料制造技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2003

[2]周國華，曾效舒，袁秋紅.鑄造法制備CNTS/AM60鎂基復合材料的研究[J].鑄造，2009，58（1）：43-46.

[3]Goh C S， Wei J， et al.Ductility improvement and fatigue studies in Mg-CNT nano-composites[J].Compos Sci.Techn，2008，

68：1432.

[4]李四年，宋守志，余天慶等.鑄造法制備納米碳管增強鎂基復合材料[J].特種鑄造及有色合金，2005，25（5）：313-315.

[5]周國華，曾效舒，袁秋紅等.消失模鑄造法制備CNTS/ZM5鎂合金復合材料的研究[J].熱加工工藝，2008，37（9）：11-14.

[6]沈金龍，李四年，余天慶等.粉末冶金法制備鎂基復合材料的力學性能和增強機理研究[J].鑄造技術，2005，26（4）：309-312.

[7]Carreno-Morelli E， Yang J， et al.Carbon nanotube/magnesium composites[J].Phys Status Solidi A， 2004，201（8）：53.

[8]楊益.碳納米管增強鎂基復合材料的制備與性能研究[D].北京：國防科學技術大學碩士論文，2006.

收稿日期：2013年12月12日。

基金項目：鄭州市科技攻關項目（20130839），黃河科技學院大學生創新創業實踐訓練計劃項目（2013XSCX025）。

第8篇：復合材料論文范文

1.1 碳纖維加固技術的研究現狀及發展趨勢

我國在利用碳纖維加固技術的研究和應用起步較晚，發展卻很迅猛。1997年國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心率先開始了“碳纖維材料加固修補混凝土結構”的試驗研究開發與應用，并被定為國家“九五”重點科技攻關項目．隨后通過采用進口的碳纖維材料在北京、上海、遼寧、江蘇等省市進行了一些實際工程結構的補強加固，并取得了較好的效果。

1.2纖維復合材料嵌入式加固技術

纖維復合材料嵌人式加固技術是將加固材料放人結構表面預先開好的槽中，并向槽中注人粘結材料使之形成整體。目前國外已經有了一定規模的研究和應用，國內在國家工業建筑診斷與改造技術研究中心開展了這項技術的試驗研究，但尚未應用于工程實踐。

2.磚混結構裂縫種類及其產生的原因

2.1干縮裂縫：多發生在墻面抹灰層內，一般沿墻面長度方向每隔一段距離形成一條裂縫，這種裂縫開始隨時問而發展，以后逐漸穩定。另一種干縮裂縫則呈不規則的龜裂或呈放射狀裂縫，此類裂縫寬度較小。產生的原因有：①抹灰用砂過細或含泥量較大；②水泥安定性不好；③砂漿過稀，抹灰不實；④抹灰層失水過快，養護不好等造成抹灰層收縮較大而形成裂縫。

2.2磚墻溫度裂縫：一般有如下規律：① 頂層重，下層輕；兩端重，中間輕；向陽重，背陽輕；且這類裂縫與溫度變化有關。②磚墻溫度裂縫隨部位不同而呈不同的形狀。產生的原因有：① 屋面保溫層，隔熱保溫性能差；② 磚墻砂漿標號較低，砌筑質量較差；③結構構造上處理不當，如采用半圈梁 。

2.3地基下沉裂縫：一般共同規律是：下層多，上層少；縱墻多，橫墻少；外墻多，內墻少；斜向多，豎向少。產生的原因有：①地基不均勻下沉；②房屋過長未留縫，沉降不一；③平面復雜，轉角較多；④ 高低層相差較大，未留沉降縫；⑤荷載與分布不均勻；⑥ 使用不當，地基浸水或地下水位上升(多發生于濕陷性黃土地區)；⑦ 地基施工質量。

3.砌體裂縫的類型和防治方法

砌體結構裂縫的類型有斜裂縫、水平裂縫和豎向裂縫三種。斜裂縫有的發生在有現澆混凝土挑檐的平屋頂房屋和無保溫屋蓋的房屋頂層縱墻面的兩端，一般長度在1開間～2開間范圍內，外縱墻兩端有窗時，裂縫沿窗口對角方向裂開。有的發生在底層至二層外縱墻的兩端，斜裂縫通過窗口的兩個對角向沉降量較大的方向傾斜，裂縫下大上小。水平裂縫有的發生在平屋頂屋檐下或頂層圈梁下2皮～3皮磚的灰縫位置，一般沿外墻頂部連續分布，兩端較中間嚴重。有的發生在底層至二層窗間墻的上下對角處，成對出現，沉降量大的一邊裂縫在下，沉降量小的一邊裂縫在上。豎向裂縫發生在縱墻中央的頂部和底層窗臺處，裂縫上寬下窄。

根據裂縫產生的原因，要消除砌體裂縫。必須從根源上進行防治，盡可能在夏季或溫暖季節，澆灌屋頂挑檐及圈梁混凝土，一般不要冬季施工。挑檐上最好做保溫層，并達到規定的厚度：這樣就能減小鋼筋與混凝士和砌體之間的溫差，避免頂部出現裂縫。根據建筑物的實際情況設置沉降縫、伸縮縫，提高結構剛度和施工質量，都能減少裂縫的發生。當然，處理好地基是防止墻體底部出現裂縫最有效的方法。

4.常用建筑補強加固方法

4.1 加大截面加固法

加大截面加固法是采用與原有構件同類的材料，通過增大截面的面積，提高構件的承載能力和剛度，達到對原構件進行加固的目的。

4.2 外包鋼加固法

外包鋼加固法是把型鋼或鋼板等材料包在被加固(鋼筋混凝土)構件的外側，通過外包鋼與原有構件的共同作用，提高構件的承載能力和剛度，達到加固的目的。

4.3 外加預應力加固法

外加預應力加固法是采用外設預應力拉桿或撐桿對結構構件或整體進行加固的方法。它通過改變原結構的內力分布、降低結構原有應力水平來間接提高結構的承載能力。

4.4 改變受力體系加固法

粘鋼加固法方法是以減小結構的計算跨度和變形，間接提高承載能力的一種加固方法。為了減小構件的計算跨度，常采用增設支點(包括柱支座和彈性支座)和采用托梁技術，從而改變結構的受力體系，使承載能力得以提高。

4.5 粘鋼加固法

粘鋼加固法是將鋼板用結構膠粘貼在混凝土構件的外部，以提高結構承載能力的一種方法。論文參考。這相當于構件的體外配筋。該項技術目前已趨于成熟。

4.6粘貼纖維復合材料法

粘貼纖維復合材料加固方法與貼鋼加固法相似，只是加固用的材料是纖維復合材料，如玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)、芳綸纖維(AFRP)等。

5.結論

第9篇：復合材料論文范文

【論文關鍵詞】復材夾芯；連接設計；鑲嵌件

復材夾芯結構抗彎剛度高、隔音隔熱好、耐疲勞，可以在質量最優的情況下達到剛性結構件的要求，因此廣泛應用機結構設計中。

夾芯結構通常是由比較薄的面板和比較厚的芯子固化膠接而成，常用的如蜂窩夾芯結構、泡沫夾芯結構等。一般面板采用強度和剛度比較高的材料，而芯子支撐中間，使面板在承受應力時能夠很好的保持彈性穩定性。由于夾芯材料相對較軟，傳遞集中力的能力較差，但由于結構設計需要，傳遞集中力是不可避免的。因此需要合理的進行夾芯結構連接設計，本文主要以蜂窩夾芯結構為例，結合實際設計制造經驗，總結常用的連接設計形式。

1 連接設計原則

夾芯連接的基本原理就是對夾芯進行加強，增強其承載性能，根據不同的傳力特點及實際需求確定不同的結構形式。其基本原則主要包括：

1）結構盡量簡單，方便裝配；

2）提高連接區面板擠壓強度，根據載荷大小適當增加加強鋪層，以提高孔邊擠壓強度；

3）注意材料相容性；

4）要進行局部強度計算確定連接件尺寸大小。

2 鑲嵌件形式

鑲嵌件在夾芯結構連接中廣泛應用，根據放置時間一般分為前置式和后置式兩種形式。前置式是鑲嵌件與夾芯結構共固化，后置式則是在已制好的夾芯結構上制孔，碩士論文將鑲嵌件放入后用充填膠固定，目前一般采用前者。

2.1 充填混合物

2.2 局部鑲嵌墊塊

局部鑲嵌墊塊形式連接區剛度大，嵌墊塊可標準化，同時可根據載荷類型和大小選擇不同材料和規格的鑲嵌墊塊，達到減重效果。不同材料的鑲嵌塊特點如下：

1）高密度鋁箔、鈦箔或不銹鋼箔蜂窩夾芯，質量小、剛度大但工藝復雜，成本高；

2）層壓板，成本低，強度、剛度大，但質量大；

3）硬質泡沫塑料，成本低質量小，但剛度、強度均不高。

2.3 鑲嵌襯套

為提高擠壓強度及拉脫強度，可采用鑲嵌襯套形式。鑲嵌襯套可克服填充材料抗壓強度和剛度低的缺點，質量很輕，具有很大優勢。但是襯套高度與夾芯協調困難，同時襯套孔定位復雜，對制造工藝的水平要求較高。為了保證鑲嵌襯套與夾芯連接的穩定性，一般在襯套周圍仍需增加填充膠處理，填充范圍可考局部鑲嵌墊塊尺寸。

2.4 鑲嵌螺母

鑲嵌螺母不僅具有較高的擠壓強度及拉脫強度，且具有自鎖功能。使用中其托板螺母的作用，固定可靠，使用方便。常用于夾芯結構的鑲嵌螺母有通孔型和盲孔型兩種。

3 結論

本文通過參考大量常用的復材結構設計和分析資料手冊，總結了相關的夾芯結構連接鑲嵌件形式設計，供夾芯結構連接設計時使用。

【參考文獻】

[1]飛機設計手冊.第9冊[M].航空工業出版社，2001，12.