復合材料學報70周年校慶專刊-意昂3代理

鋪層角度對CFRP多向層板Ⅱ型分層擴展行為的影響

張寒松, 龔愉, 林文娟, 張建宇, 趙麗濱

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220329.001

2022, 39(9): 4498-4508

摘要

碳纖維增強樹脂復合材料(CFRP)因其良好的力學性能被逐漸應用於飛機主承力結構中。分層是復合材料層板最常見的損傷形式之一🧓🔱，也是飛機復合材料結構損傷容限設計與分析所關註的焦點問題。對於II型分層🗻，現有研究主要針對單向層板展開👨‍👩‍👦🔎，而工程實際中應用較多的是多向層板📿，對II型分層的鋪層角度影響缺乏深入認識。為此👩🏻‍🎨，采用試驗和數值方法開展了相關研究。首先設計了3種工程實際中常用界面(0°/5°、45°/−45°和90°/90°)的T700/QY9511碳纖維/雙馬來酰亞胺樹脂基復合材料層板，所設計鋪層可降低耦合作用並確保II型主導的分層擴展♣︎。采用端部開口彎曲裝置開展了II型分層試驗並測得了斷裂韌性。結果表明：鋪層角度對斷裂韌性和分層失效行為影響顯著📍。采用控製變量法建立了內聚力關鍵參數模型♿️，在此基礎上實現了多向層板II型分層擴展行為的模擬🧝🏽‍♀️，預測的載荷-位移曲線響應與試驗結果吻合很好，說明了有限元模型的有效性🛌🏽。有限元結果表明，基體損傷做功表現出隨鋪層角度增加而增加的趨勢。為揭示基體損傷做功與分層前緣損傷區大小之間的關系🥊，利用用戶自定義子程序，模擬了不同界面試樣的分層前緣損傷區域。

單向纖維增強SiCf/SiC復合材料單軸拉伸損傷失效機製

劉波, 劉翠雲, 馬朝利

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220928.001

2022, 39(9): 4483-4497

摘要

本文對纖維增強陶瓷基復合材料在單向載荷下的損傷失效機製進行了研究。根據常規的剪滯模型，引入庫侖定律描述界面剪應力，根據能量平衡方法和斷裂力學脫粘準則𓀊，計算了基體的穩態開裂應力和界面的脫粘長度。分析了不同剪滯模型下基體穩態開裂應力的區別和適用範圍🧑🏽‍🦰，討論了界面剪應力、界面摩擦系數🤹🏿、界面脫粘能、纖維體積分數等對基體穩態開裂應力的影響。采用剪滯模型描述纖維增強陶瓷基復合材料在損傷後的細觀結構應力場，根據基體裂紋隨機演化方法確定基體裂紋的間距，根據斷裂力學脫粘準則描述界面的脫粘行為，將剪滯模型和損傷模型結合預測了單向纖維增強陶瓷基復合材料在單軸載荷下的應力-應變曲線🕑，討論了各因素對應力-應變曲線的影響📷。

混雜纖維網絡失效機製

楊偉超, 馬勇, 張峰, 益小蘇, 趙麗濱, 陳玉麗

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220719.002

2022, 39(9): 4471-4482

摘要

纖維網絡材料是一類廣泛存在且具有重要應用前景的多功能輕質材料。目前研究主要集中於單一纖維網絡材料😪，但實際應用中大部分纖維網絡都是由不同性質纖維構成的混雜纖維網絡，其性能和功能的設計空間更大，但失效機製也更復雜。為了進一步提升纖維網絡材料的力學性能，深入研究混雜纖維網絡的失效過程及失效機製非常重要🕵🏽‍♂️。為此，本文建立了綜合考慮纖維和纖維間連接力學性能的混雜纖維網絡模型🧖🏽，系統地研究了混雜纖維網絡的失效過程，並討論分析了纖維混雜比例、纖維間連接強度及纖維總體積分數等因素的影響。結果表明𓀄，對於典型混雜纖維網絡而言💸，隨著纖維組分的變化，網絡的失效存在連接損傷主導、連接與纖維損傷共同主導及纖維損傷主導三類不同的失效模式。其中，由連接和纖維損傷共同主導的失效🎼，損傷分散於整個網絡🧚🏼‍♀️，連接和纖維會表現出協同作用，因此網絡具有更好的韌性和強度。由此可見，混雜纖維網絡力學性能的設計空間遠大於單一纖維網絡🧏🏿‍♀️，具有更廣闊的應用前景。

三維針刺復合材料參數化建模及力學性能仿真

陳國耀, 黃豐, 楊振宇, 盧子興, 王浩然

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220725.002

2022, 39(9): 4459-4470

摘要

提出了一套三維針刺復合材料建模方法，並應用於針刺碳/酚醛復合材料的力學性能仿真分析。首先基於虛擬纖維技術，采用商用有限元軟件ABAQUS🕵🏿‍♀️🍥，實現了疊層材料針刺工藝過程的數值模擬，獲得了針刺區域附近的纖維絲在針刺過程中的變形規律，據此建立了受針刺影響區域內的纖維取向、損傷百分比與針刺工藝參數之間的關系🤦🏼‍♂️；將這一關系引入到針刺復合材料代表性體積單元(RVE)模型中⏸☆，較準確地體現真實材料中針刺區結構特征。利用此模型對材料的彈性性能🈯️、強度進行預測，結果與實驗值吻合良好，驗證了模型的有效性；在此基礎上，進一步討論了針刺密度🔳、針刺深度等參數對復合材料力學性能的影響規律。本文的研究結果對針刺復合材料的力學分析與優化設計具有一定的指導意義✊🏼。

用於航空復合材料的自動鋪絲幹纖維層間粘結性能

耿奕, 寧博, 陳吉平, 宋清華, 劉衛平, 袁宇慧, 楊洋

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220824.003

2022, 39(9): 4441-4458

摘要

為了保證幹纖維預成型體的層間良好貼覆👩🏽‍🍳✊，分別對一種成熟應用於航空級主承力構件的幹纖維自動鋪放材料和一種研發級材料進行層間粘結性研究🏧。采用熱壓工藝模擬自動鋪絲過程，通過T型剝離和多種表征方法測試幹纖維層間粘結力、表面性能和定型劑擴展，比較兩種幹纖維的層間粘結力，並研究其層間粘結機製。研究發現：成熟幹纖維的層間粘結力在一定範圍內遠大於研發幹纖維，二者均顯著受到層壓溫度、層壓時間及協同作用的影響🐬，但最顯著的影響因素不同；幹纖維層間粘結機製與幹纖維表面性能、定型劑性能及受熱擴展過程有關，推測成熟幹纖維的較高層間粘結力與定型劑的交聯有關；此外，通過自動鋪放工藝的驗證🫰🏼，在一定層壓時間範圍內，采用熱壓工藝代替自動鋪絲進行幹纖維層間粘結性的評價具有良好可靠性🏃🏻‍➡️🚵🏼‍♀️；最後🫀，幹纖維表面塗覆熱塑性增韌材料後，層間粘結力大幅下降。通過對材料和工藝的研究，本文為幹纖維自動鋪絲工藝的優化提供了數據及理論支持。

CoFe2O4@C復合納米纖維膜作為自支撐鋰離子電池負極

趙婷婷, 李小強, 張亞梅, 丁旭麗, 向軍

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220530.001

2022, 39(9): 4431-4440

摘要

為了提高CoFe2O4作為鋰離子電池負極材料的綜合電化學性能🛬，將其與高導電性的碳纖維進行復合。通過靜電紡絲及低溫碳化製備了均勻鑲嵌CoFe2O4納米顆粒的碳納米纖維(CoFe2O4@CNFs)柔性復合膜👨‍🚒，使用XRD、TG、Raman、SEM、TEM、CV、GCD和EIS等對復合物進行表征，著重研究了CoFe2O4含量對其儲鋰性能的影響。該復合膜直接用作自支撐鋰離子電池負極時表現出較好的電化學性能。CoFe2O4的引入顯著提高了碳納米纖維膜的電化學性能，隨著CoFe2O4含量的增加，CoFe2O4@CNFs電極的比容量先增加後減小🪓👁，CoFe2O4含量約為33.3%(w/w)的CoFe2O4@CNFs-3電極具有最高的比容量和更好的循環及倍率性能。在0.1 A·g−1的電流密度下，充放電循環100圈後比容量為611.4 mA·h·g−1，相對第二圈的容量保持率為94%; 當電流密度增大到2 A·g−1時，其比容量仍有353.6 mA·h·g−1。CoFe2O4@CNFs-3更好的電化學性能主要歸因於高電化學活性CoFe2O4和高導電納米碳纖維的恰當結合及更好的協同效應。

自動鋪絲用預浸窄帶的質量分析及其影響因素

李敏, 王奇丹, 顧軼卓, 王紹凱, 崔影, 李慶輝, 張佐光

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220908.001

2022, 39(9): 4420-4430

摘要

近年來隨著自動鋪絲技術的快速發展和應用💁🏽🤦🏼，對預浸窄帶的需求量增加👨🏼‍🎤🪩，但國內研究人員對有關預浸窄帶質量的評價體系和分析方法尚未形成統一共識。本文采用多種方法對預浸窄帶的質量進行了全面分析。通過圖像法及稱重法分析發現🦉，國產窄帶的寬度均勻性🤸🏽、接頭處纖維平齊度🙍🏿、邊緣斷絲情況等分切質量均控製較好。研究了間歇式熱壓工藝和連續式輥壓工藝對窄帶接頭質量的影響，通過拉剪強度和剝離強度分析發現，壓接工藝溫度和時間是影響其力學的關鍵因素，對比而言輥壓工藝製得的接頭性能較熱壓工藝具有更好的穩定性。同時，接頭性能也受測試環境影響，其中環境濕度的作用大於溫度。隨著室溫儲存時間延長♣︎，窄帶接頭的力學性能先上升後下降⚉，通過差熱分析和紅外光譜分析發現👲，這與界面處樹脂的化學反應和固化程度增長密切相關🚵。最後，對接頭反復過輥後的疲勞損傷分析表明🧛，接頭處的拉剪強度隨過輥溫度🧛‍♂️、張力及圈數增加而下降👩🏻‍🎨。

不同種類纖維增強復合材料濕熱老化性能對比

吳瑞, 李巖, 於濤

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220916.002

2022, 39(9): 4406-4419

摘要

為研究碳纖維🌗、玻璃纖維和植物纖維增強復合材料在濕熱環境下的耐久性能差異🧑‍🤝‍🧑，本文製備了纖維體積分數為60vol%的單向碳纖維/環氧樹脂復合材料(Carbon fiber reinforced polymer😠，CFRP)☮️、玻璃纖維/環氧樹脂復合材料(Glass fiber reinforced polymer🧝🏼‍♀️🦵🏻，GFRP)和亞麻纖維/環氧樹脂復合材料(Flax fiber reinforced polymer，FFRP)🦸🏽‍♂️✣，在23℃🌐🧖🏿‍♀️、37.8℃和60℃下進行了吸水試驗，並測試了三種復合材料在厚度方向的膨脹率、拉伸性能和層間剪切性能，同時利用時溫等效原理對它們的長期吸水性能及力學性能進行了預測。結果表明，三種復合材料的吸水行為在老化前期均符合Fickian擴散定律，而後期有所偏離🥀。從吸水性能來看，FFRP具有最高的擴散系數🙎、飽和吸水率和膨脹率🫲🏼。從力學性能來看，CFRP的拉伸性能隨老化時間的增加幾乎不變🤔，而層間剪切強度小幅下降🎆，烘幹後其拉伸性能及層間剪切性能與未老化時相同， CFRP在老化過程中未發生不可逆變化👨‍👨‍👧‍👧。GFRP老化後的拉伸強度和層間剪切強度下降幅度較大👳‍♀️，而拉伸模量下降幅度較小，烘幹後拉伸性能得到部分恢復🌉，而層間剪切強度則基本未有任何恢復，GFRP在老化過程中發生了玻璃纖維水解及界面脫粘等不可逆變化🌑🧘🏼‍♂️。由於吸水後亞麻纖維的塑化🦹‍♀️，FFRP的拉伸強度略微提高，而拉伸模量和層間剪切強度則急劇下降後保持穩定，烘幹後，其拉伸強度反而大幅下降，拉伸模量及層間剪切強度則大幅上升✌🏽，這與水分的塑化作用、纖維及基體的膨脹和降解等變化有關。由三種復合材料的長期性能預測結果可知🐄，CFRP的長期力學性能保持率較好👮🏽‍♂️，GFRP的長期力學性能保持率較差☠️，FFRP在拉伸強度保持率方面具有優勢，研究結果為濕熱環境下工程結構的選材和設計提供了一定的理論依據。

上漿劑對國產T800級碳纖維增強熱固性復合材料界面性能的影響

王新慶, 柳肇博, 劉寒松, 肇研, 關誌東

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220104.001

2022, 39(9): 4393-4405

摘要

碳纖維具有力學性能優、密度低🦪、耐腐蝕、耐高溫等一系列優異性能，近年來被廣泛應用於航空🕶、航天等重要領域🛀🏿。相較於國外的高強中模碳纖維，國內雖有T800級碳纖維與之對應，但是國內對高性能碳纖維的研究工作起步晚，研究尚不充分🦴。上漿劑作為碳纖維表面的重要組成部分👃🏿，對碳纖維的表面性能有著重要的影響，進而影響復合材料的界面性能。本文采用SEM、TGA🛕、XPS等表征手段，研究分析了上漿劑對國產T800級碳纖維的影響，對碳纖維的表面物化特性及其不同先進樹脂基復合材料的微觀界面性能進行研究👦🏼，為國產高性能碳纖維的產品發展提供借鑒意義。

先進樹脂基復合材料纖維褶皺缺陷陣列超聲全聚焦成像

周正幹, 朱甜甜, 馬騰飛, 李洋

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220707.001

2022, 39(9): 4384-4392

摘要

先進樹脂基復合材料因其密度低、強度高等特點，廣泛應用於航空航天領域。纖維褶皺是先進樹脂基復合材料製造過程中產生的一種缺陷🫄🏼，常規超聲檢測效率低🦸🏻‍♀️，而陣列超聲全聚焦成像檢測技術則依賴準確的聲傳播延時。針對先進樹脂基復合材料中的各向異性和多層折射界面而導致聲波延時計算困難的問題，提出了一種使用Viterbi搜索算法的聲線示蹤方法🤛🏽，用於計算陣列超聲全聚焦成像檢測的時間延遲🎐。對5.92 mm厚的多向碳纖維復合材料層壓板進行陣列超聲全聚焦成像檢測實驗🎾，結果表明👁‍🗨👳🏿，使用聲線示蹤法計算延時，可以使采集的全矩陣信號被準確地相幹疊加，有效檢測出多向碳纖維復合材料層壓板中的纖維褶皺缺陷。

BNmf-Si3N4w/Si3N4復合材料的製備與性能

崔雪峰, 趙凱, 王玉生, 葉昉, 成來飛

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220630.005

2022, 39(9): 4375-4383

摘要

為製備一種介電性能和力學性能優異的高溫透波材料，采用凝膠註模(GC)結合先驅體浸漬裂解(PIP)工藝製備了BNmf-Si3N4w/Si3N4復合材料🏋🏼。研究了浸漬裂解次數及BNmf含量對復合材料的力學性能與介電性能的影響。結果表明：(1) 隨著PIP循環次數增加，復合材料的密度增大，氣孔率降低🥯，氮化矽基體逐漸形成三維網絡結構包裹在復相微米增強體周圍🏄🏿，復合材料力學性能提升；(2) 當BNmf含量從4vol%增加到12vol%時👨‍👨‍👧‍👦，彎曲強度從175.5 MPa降低到139.3 MPa，斷裂韌性從2.36 MPa·m1/2增加到2.73 MPa·m1/2🕞🤸🏽‍♀️，介電常數從3.62下降到3.25🤳🏽，介電損耗角正切從0.012下降到0.007；(3) BNmf-Si3N4w/Si3N4復合材料的強韌化機製主要為裂紋分叉🧎‍♀️‍➡️、裂紋偏轉及BNmf及Si3N4w的拔出，三種機製有效降低主裂紋對復合材料的損害🛳。

原位SiC納米線增韌SiC陶瓷的抗熱震性能

肖元, 李露, 鄭瑞曉, 馬朝利

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220804.003

2022, 39(9): 4366-4374

摘要

SiC陶瓷的本征脆性及其在高低溫交變環境中抗熱震能力的不足已成為製約其廣泛應用的關鍵問題之一🧑‍🦼‍➡️。本文以聚碳矽烷為前驅體、二茂鐵為催化劑，通過前驅體轉化法在製備低密度SiC陶瓷的同時在陶瓷中原位合成SiC納米線，並采用前驅體浸漬裂解工藝將低密度陶瓷進一步致密化製備原位SiC納米線增韌SiC陶瓷🧖🏽。實驗結果表明，引入原位SiC納米線後，SiC陶瓷的抗熱震性能顯著提升，經歷30次“室溫↔1500℃”的熱震循環氧化後其氧化增重率僅為2.53%，相較於納米線改性前的SiC陶瓷氧化增重率下降了59%。相應的微結構分析表明，合成的SiC納米線為β-SiC晶型🚂，其中包含部分堆垛層錯👋🏿。納米線沿<111>方向擇優生長🖕🏼，其生長遵循典型的“氣-液-固”生長機製。SiC納米線主要通過納米線橋連和拔出增韌機製緩解陶瓷製備及高低溫交變過程中產生的應力集中，減少裂紋數量和尺寸⏏️，進而提升陶瓷斷裂韌性和抗熱震性能。引入SiC納米線後🧃，SiC陶瓷內部平均裂紋長度由27.7 μm下降至18.2 μm，斷裂韌性由3.76 MPa·m1/2增加至7.83 MPa·m1/2。

石墨烯/碳納米管共改性碳纖維復合材料的結構🪤👩🏼‍🔬、力學、導電和雷擊性能

郭妙才, 黑艷偉, 李斌太, 邢麗英

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220803.003

2022, 39(9): 4354-4365

摘要

發展結構-防雷擊功能一體化復合材料是未來的發展方向之一🌵。本文製備了一種石墨烯和碳納米管共改性的復合材料並研究了其結構🚇、力學性能、導電性能和雷擊性能。結構研究表明導電納米粒子主要分布於復合材料層間和鄰近層間的層內區域👆🏿，而內部分布較少。復合材料的0°彎曲強度和0°層間剪切強度分別為(1538±86) MPa和(107.0±1.0) MPa。製備了2 mm🫅🏼、3 mm、4 mm三種厚度的復合材料板，其面內電導率為100 S/cm左右，其厚度向電導率分別為0.128 S/cm🪪、0.094 S/cm和0.088 S/cm。雷擊試驗表明🚵🏿‍♀️，三種厚度試樣的總損傷面積類似，深層損傷面積隨厚度向電導率降低而減少，但損傷深度則隨厚度向電導率降低而增加，損傷模式主要為樹脂的燒蝕氣化和纖維的斷裂損傷🧖‍♂️，但沒有明顯的層間分層發生🏘👨‍👨‍👦。2 mm厚雷擊試樣板損傷區域的最低彎曲強度達到了782 MPa，保持率為75%，彎曲模量保持率為59.2%。2 mm板和3 mm板雷擊損傷中心150 mm×100 mm區域平均彎曲強度保持率分別達到了87.4%和87.2%，損傷深度分別只有約0.3 mm和0.4 mm⚔️💆🏻‍♂️。

超厚壁變曲率復合材料擴張段固化過程力-熱耦合分析

梁群, 馮喜平, 張坤, 閆航, 李建, 侯曉

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220621.002

2022, 39(9): 4344-4353

摘要

復合材料擴張段是固體發動機噴管的關鍵部件👧🏼，為抵抗高溫、高壓🤴、燒蝕、高速燃氣和力學載荷的綜合作用，其結構為超厚壁變曲率的復雜混合復合材料結構😺。由於擴張段的低導熱性、超厚壁特征和固化工藝的不合理，成型過程容易出現劇烈的過熱峰🗿。為減小固化變形，提高擴張段成型質量，必須抑製固化過熱，提高固化均勻性。本文首先采用高壓差示掃描量熱儀表征2 MPa壓力下高矽氧玻璃纖維/酚醛和碳纖維/酚醛預浸料的動力學。然後考慮成型過程多場耦合特點及成型模具和固化工藝的影響，構建固化過程耦合模型，分析擴張段固化過熱和非均勻固化現象🕵🏼‍♀️。最後⭕️𓀗，提出在劇烈固化前插入降溫段的方法優化固化工藝💌，抑製固化過熱。結果表明，優化工藝可以有效抑製擴張段過熱現象，優化後最大過熱峰由54.2℃下降為23.5℃，最大固化度差值由0.6下降為0.34🥷🏿👨🏻‍🎓，下降幅度分別為56.64%和43.33%🔢。

碳/碳復合材料的激光燒蝕行為與機製

耿莉, 成溯, 付前剛, 李賀軍

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220825.002

2022, 39(9): 4337-4343

摘要

碳/碳(C/C)復合材料作為性能優良的耐燒蝕材料得到了廣泛的應用🧑🏽‍🎤，其作為抗激光燒蝕材料的潛力待被發掘。本文製備了不同密度的C/C復合材料，在無氧環境下以CO2激光器為光源✌🏿🥰，探究了高能激光與C/C復合材料之間的作用機製，系統地分析了材料的特性和激光參數不同對燒蝕表現的影響。采用三維輪廓儀對線燒蝕率進行表征。結果表明，隨著燒蝕時間或激光功率的變化🍠，C/C復合材料的燒蝕表現均為非線性變化。C/C復合材料的本征特性決定了其熱量載荷。密度越高的C/C復合材料，其熱量載荷越高😞，燒蝕性能越好🕋。熱量載荷與激光熱流密度之間的關系則決定了材料的燒蝕表現🤹🏿，當激光的熱流密度大於材料的熱流載荷時，燒蝕速率會呈階躍式攀升。

芳綸納米纖維強化浸漬處理芳綸纖維及其橡膠復合材料的界面黏合性能

翟振強, 李英哲, 黃偉, 杜德松, 寧南英, 田明, 王文才, 張立群

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220530.005

2022, 39(9): 4327-4336

摘要

為進一步提高芳綸纖維/橡膠復合材料的界面黏合性能♦︎，在傳統“二浴”法浸漬間苯二酚-甲醛-膠乳(RFL)的基礎上📠，分別在預處理液、RFL浸膠液中加入芳綸納米纖維(ANF)🎅，研究ANF的添加工藝和用量對芳綸纖維/橡膠復合材料界面黏合性能的影響🦕。結果表明，在預處理液中僅添加0.05wt%ANF， H抽出力為209.0 N，剝離力為19.8 N/根，動態黏合疲勞壽命9829次🙇👉🏻，比未增強體系分別提高18.1%🎧、14.4%和41.0%；在RFL浸膠液中添加0.15wt%ANF，H抽出力為206.5 N🍒，剝離力為20.1 N/根，動態黏合疲勞壽命8095次，比未增強體系分別提高15.9%🫓、16.1%和16.1%。在預處理體系中添加ANF可更有效地提高動態黏合性能💫，原因在於ANF與芳綸纖維🦫、預處理液中的異氰酸酯之間產生良好的化學作用，有利於界面處模量過渡🤚🏻，提高應力傳遞效率。

有機無機轉化法製備超高溫陶瓷基復合材料技術研究

裴雨辰, 孫同臣, 劉偉, 韓偉健, 趙彤

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220922.006

2022, 39(9): 4319-4326

摘要

超高溫陶瓷基復合材料是以連續碳纖維為增強體、超高溫陶瓷為基體的一類復合材料，具有密度低、韌性好、耐高溫、抗氧化及耐燒蝕等優異性能✍️，在新型高速飛行器熱結構應用方面有著不可替代的作用。碳纖維增強體和陶瓷基體是超高溫陶瓷基復合材料的兩個重要組成部分🛵，對復合材料使役性能起著決定性作用，但是，碳纖維與陶瓷基體的理化性質差異大🆘，如何將碳纖維與陶瓷基體進行有效復合，以便充分發揮碳纖維輕質♘、高強韌特性與陶瓷基體抗氧化、耐燒蝕特性，是超高溫陶瓷基復合材料基礎研究和工程應用需要解決的主要問題。本文論述了有機無機轉化法製備超高溫陶瓷基復合材料技術的發展思路，介紹了超高溫有機陶瓷前驅體的設計與合成、C/ZrC-SiC和C/HfTaC-ZrC-SiC復合材料的研究結果，探討了解決新型高速飛行器高溫氣動/燃氣環境氧化燒蝕問題的材料技術方案，為連續纖維增強超高溫陶瓷基復合材料的技術發展和工程應用提供借鑒🌱。

民用飛機復合材料機身壁板裝配協調形性調控技術研究

李東升, 楊應科, 翟雨農, 隋毅

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220812.002

2022, 39(9): 4310-4318

摘要

為了更好地滿足飛機安全性、經濟性、舒適性和環保性的需求，以碳纖維增強樹脂基復合材料為代表的輕質高強先進材料在新一代大型客機機體結構中得到了大量應用🍔。復合材料機身壁板具有不同於傳統金屬材料機身壁板的裝配工藝特點，因此，其對裝配協調提出了新的要求。首先，概述了飛機復合材料機身壁板的製造工藝🏊🏼‍♀️👉🏿，分析了復合材料機身壁板裝配協調技術現狀與面臨的問題🗓。其次🛂，探討了適用於復合材料壁板的裝配協調方法，並提出了一種面向復合材料機身壁板裝配力形協同控製的全主動驅動柔性裝配協調方法。最後，通過仿真和物理實驗驗證了該方法的有效性，實現了復合材料機身壁板力形協同優化控製。

超高分子量聚乙烯纖維及其復合材料的研究現狀與分析

葉卓然, 羅靚, 潘海燕, 顧軼卓

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220803.002

2022, 39(9): 4286-4309

摘要

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維與碳纖維和芳綸纖維並稱當今三大高性能纖維，具備低密度、高抗沖擊性能、高斷裂強度和模量的特性💚，同時擁有優異化學穩定性。本文綜述了UHMWPE纖維及其復合材料的研究現狀和最新進展🏃‍➡️，包括UHMWPE纖維和其他幾種高性能纖維的性能對比，UHMWPE纖維的典型生產工藝及其對纖維性能的影響，與UHMWPE纖維匹配的樹脂基體種類🍱🟪，提高纖維表面粘結性能🖕🏻、耐熱性能和抗蠕變性能的改性方法，纖維織造與復合工藝及UHMWPE纖維及其復合材料的應用；最後分析了UHMWPE纖維及其復合材料當前存在的主要問題，探討了未來可能的發展方向。

連續碳纖維增強高性能熱塑性復合材料的研究進展

肇研, 孫銘辰, 張思益, 王凱

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220809.008

2022, 39(9): 4274-4285

摘要

連續碳纖維增強高性能熱塑性復合材料具有力學性能優異、低吸濕、耐化學藥品及成型周期短👴🏻、可二次成型等特點💎，在航空😟、航天等高技術領域的應用日益廣泛。本文重點介紹了連續碳纖維增強高性能熱塑性復合材料研究中的界面問題💁🏿、預浸料製備技術和復合材料成型加工技術等方面的研究進展🧑🏽‍🍳，期望為該類復合材料在國內的應用研究提供參考。

超構材料波動功能調控研究進展

李巖, 金亞斌

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220712.001

2022, 39(9): 4259-4273

摘要

超構材料是人工構造的復合結構材料，通過設計基元的結構參數🧜🏿，可以實現豐富的波動調控功能，並可突破傳統材料的波動響應極限，在航空航天、軌道交通等民用和國防各領域都具有極大的應用潛力🧜‍♂️。首先簡要介紹了超構材料的基本概念🫵🏽、性質和發展歷史🙎🏽‍♂️✉️，然後從超構材料的禁帶減振及其智能設計👩‍👩‍👦♣️、低頻寬帶降噪和能量采集三個方面詳細介紹超構材料的基本功能，再從實際應用的多需求出發介紹了輕質-承載-減振降噪和能量采集-減振降噪等類型的多功能一體化超構材料設計原理和性能。最後👨🏽‍🍼，總結上述研究進展，並展望超構材料與復合材料🦹🏽☁️、人工智能和非厄米時變系統等的交叉研究，進一步提升超構材料性能和應用能力🤏🏽。

聚合物梯度材料的構築及性能研究

張麗, 周杭生, 黃金, 劉明傑

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220629.001

2022, 39(9): 4244-4258

摘要

聚合物梯度材料是成分或結構在某一維或多維方向上連續或準連續變化的具有復合功能的聚合物基材料。其梯度結構賦予了材料獨特的優勢，如☝️：可調控成分的空間分布🪕、可避免界面應力和兼容多種性能等🐺。聚合物梯度材料連續變化的性能可滿足多種使用需求🤺◾️，在航空航天🦻🏽、生物醫藥🧒🏽、電子信息🤛🏼、機械工程等領域都有廣泛的應用。本文根據梯度的變化維度將其分為一維🔧🥩、二維和三維聚合物梯度材料，分別介紹了三種材料的製備方法🙆🏻‍♀️、性能優勢及應用領域。一維聚合物梯度纖維的梯度折射率提高了光纖傳輸的速度和距離，有助於光通信領域的發展。二維聚合物梯度材料主要分為塗層和薄膜材料🧟‍♂️，可通過表面修飾和場梯度的方法製備梯度結構🫓，得到的梯度表面可提供一種高通量的平臺來研究和優化材料與生物之間的相互作用。三維聚合物梯度材料包括聚合物梯度交聯網絡材料🫅🏽、聚合物梯度填充復合材料和聚合物梯度結晶材料，梯度結構可提高其力學性能、改善應力集中🌃，拓展了聚合物在機械工程和生物醫用領域的應用💊。最後，對聚合物梯度材料的製備、表征及應用等方面存在的挑戰做出展望👉🏻。

MXene纖維的製備、性能及應用研究進展

梁程, 程群峰

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220725.003

2022, 39(9): 4227-4243

摘要

二維過渡金屬碳/氮化物(MXenes)是一種新穎的二維納米材料，具有優異的電學、力學性能及豐富的表面官能團，在功能材料領域受到了廣泛關註，常被作為基元材料構築宏觀復合材料👌🏽🔃，其中MXene纖維有望成為繼石墨烯纖維後另一種結構-功能一體化纖維材料，在多功能織物、傳感、能源👐🏿🕵🏻、電磁屏蔽等領域顯示出巨大的應用前景🐣。但目前MXene復合纖維的力學和電學性能與MXene納米材料本征性能差距較大，主要原因是組裝MXene納米片過程中產生的褶皺🤦🏿‍♂️、無序結構🦻🏼、界面作用力弱等問題，往往導致MXene纖維內部的孔隙😒、缺陷存在及纖維外形不規則等。針對MXene纖維研究過程中存在的問題及未來研究方向，本文做了詳細綜述👩🏻，首先介紹MXene纖維的製備方法，然後詳細闡述MXene復合纖維的力學和電學性能®️，並討論提升其性能的策略🧚‍♀️。同時通過一些實例，綜述了MXene復合纖維的應用。最後總結了MXene纖維存在的關鍵科學問題和挑戰，並對MXene纖維的未來發展和前景進行了展望及對未來MXene纖維的研究和應用提供一些幫助。

熱電復合材料的研究進展

邱玉婷, 魯翰宸, 金陽, 王思寧, 趙立東

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220526.003

2022, 39(9): 4213-4226

摘要

熱電材料利用固體內部載流子運動特性可實現熱能和電能的相互轉換，該過程無噪音、無汙染〰️，因而熱電材料具有廣泛而重要的應用前景。熱電轉換效率依賴於材料本身👨🏽‍🦱📈，不斷改善現有熱電材料的性能和開發新型高性能的熱電材料體系是熱電材料領域的重要研究方向。通過復合策略🛺，第二相的種類、含量及微結構調控是設計高性能熱電復合材料的關鍵，如引入第二相所實現的聲子散射效應可降低材料的晶格熱導率🫷🏻，通過載流子選擇性散射的能量過濾效應可提升材料的Seebeck系數，高導電第二相連網引起的滲流效應可提高材料的電導率🧑🏽‍🎓。本文先介紹復合材料中常見的物理效應，再以幾個典型熱電材料體系為例介紹復合化實現的微結構調控對電🧔🏽、聲輸運性能的影響機製💁🏻‍♂️👳🏿‍♂️。

3D打印纖維增強復合材料工藝和力學性能研究進展

龍昱, 李巖, 付昆昆

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220530.003

2022, 39(9): 4196-4212

摘要

3D打印可實現纖維增強復合材料復雜結構的一體化成型，無需模具，可顯著降低先進復合材料的製造時間和成本。本文綜述了3D打印纖維增強復合材料工藝和力學性能的最新研究進展，對纖維增強復合材料3D打印工藝、打印設備、打印材料和力學性能等方面開展了詳細的分析和闡述🙋🏼‍♀️，重點介紹了熔融沉積工藝成型連續纖維增強復合材料的最新研究進展，並與傳統工藝製備的復合材料力學性能進行了對比和分析🙋‍♀️。最後🧗🏿，針對纖維增強復合材料3D打印技術的未來發展進行了展望。

航天先進復合材料研究進展

馮誌海, 李俊寧, 田躍龍, 師建軍, 張娟, 徐林, 潘玲英

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220926.003

2022, 39(9): 4187-4195

摘要

先進復合材料是各類航天飛行器熱防護和結構系統的關鍵材料☎️🍍，決定了飛行器的先進性與可靠性👩🏿‍🌾。本文介紹最近幾年國內外在陶瓷基熱結構🗯、超高溫低燒蝕防熱、樹脂基輕質燒蝕防熱🩳、高性能熱透波、高溫高效隔熱及結構復合材料等領域的代表性研究工作，並結合航天飛行器發展需求💇🏼‍♂️，對未來航天先進復合材料發展方向進行了探討。

先進復合材料在航空裝備發展中的地位與作用

邢麗英, 李亞鋒, 陳祥寶

doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20220525.001

2022, 39(9): 4179-4186

摘要

“一代材料，一代裝備”闡明了材料技術在裝備發展中的重要性🤸🏼‍♂️。航空裝備的發展歷程表明，一代新材料的出現支撐了一代新裝備的研發，一代新裝備的研製牽引一代新材料的應用。不同航空裝備應用不同的結構材料🔨，和三代機相比💁🏽‍♂️💪🏼，四代戰鬥機用結構材料的最大差別是先進復合材料的大量應用。本文介紹了國內先進復合材料技術的發展歷程和現狀▶️🔄、復合材料技術發展面臨的機遇和挑戰及今後國內先進復合材料技術的發展重點。

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