SiCp原位自生CNTs增强铝基复合材料的制备与性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51471106
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    80.0万
  • 负责人：
    欧阳求保
  • 依托单位：
    上海交通大学
  • 学科分类：
    E0105.金属基复合材料与结构功能一体化
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Conventional metal matrix composites(MMCs) reinforced with ceramic particulates exhibit a sharp decline in ductility and toughness as strength and modulus increased, and therefore greatly limits its application. In order to solve the above problems, a new type of MMCs has been presented in this research proposal. Firstly, Nano/micrometer hybrid reinforcements are prepared by chemical vapor deposition of carbon nanotubes (CNTs) on the surface of micro-SiC particles, then hybrid reinforcements and aluminum powders are mixed to obtain a new type of MMC-SiCp(CNTs)/Al.Finally, optimizing process parameters acquires high-performance composites with compact structure, controllable distribution of reinforcement and good interface combination. By characterizing microstructure and properties of the composite and analyzing deformation and fracture behavior of the composite, we investigate the effect of SiCp(CNTs) on crack initiation and propagation, energy dissipation and micro-mechanical properties of interface, as well as synergy, coupling and multi-function response mechanism between SiCp and CNTs. These results will reveal the principles of strengthening and toughening about the new type of MMCs. In this research propsal,a new technological prototype of SiCp(CNTs)/Al will be established, which provides theoretical basis and practical approach for designing and fabircating new types of high performance aluminum matrix composites.
传统金属基复合材料的强度和弹性模量提高的同时，塑性和韧性急剧下降，因此很大程度上限制了它的应用范围。为了满足高技术领域的需求，改善复合材料的塑韧性，本项目探索一种新型的金属基复合材料，拟通过微米SiC颗粒表面原位自生CNTs，形成一种新型SiCp(CNTs)复合增强体，赋予复合材料新的力学与功能特性。采用原位自生工艺，在SiC颗粒表面获得尺寸、形态和分布均可控的CNTs，并制备出增强相分布可控、界面结合良好、组织致密的SiCp(CNTs)/Al复合材料。通过对微观结构和性能的表征，及形变与断裂行为的分析，研究SiCp(CNTs)复合增强体对裂纹的萌生与扩展、能量耗散、近界面微区力学性能的影响规律，以及复合增强体之间的协同、耦合和多功能响应机理，揭示新型复合材料的强韧化机制；构筑SiCp(CNTs)/Al复合材料的制备技术原型，为新型高性能铝基复合材料的设计和制备提供理论依据和实用途径。

结项摘要

SiCp/Al复合材料具备的高比强度、高比模量以及结构功能一体化等特性，使其在航空航天、武器装备及交通运输等领域具有巨大的应用潜力。为了进一步提升该复合材料的性能，通常采用增加SiCp含量的方法，而这就使得材料强度和模量提升的同时，塑韧性急剧下降。而碳纳米管（CNT）等超高性能增强体的发现，为我们提供了提升材料性能的新思路。由此，本项目提出了SiCp表面原位自生CNT协同混杂增强铝基复合材料的制备技术路线，得出的主要研究结果如下：.1.在微米级SiCp表面包覆一层纳米Ni催化剂颗粒，并通过化学气相沉积（CVD）的方法，制备SiCp(CNT)微纳混杂增强体。.2.以7μm的SiCp为载体制备的混杂增强体SiCp(CNT)和10μm的纯Al粉末作为原材料，采用传统粉末冶金工艺制备出组织致密、增强体分布均匀的SiCp(CNT)/Al复合材料。并且，相同工艺下，SiCp(CNT)/Al复合材料较SiCp/CNT/Al复合材料而言，不仅在强度和模量上有了进一步的提高，还能获得更好的塑性，表明SiCp(CNT)原位混杂增强体充分发挥了两相协同混杂增强的效果。.3.SiCp(CNT)/Al复合材料中CNT含量为6wt.%时，混杂增强体保持良好的混杂结构，能在复合材料中分布均匀，与基体有良好的界面结合；制备的含有16wt.% SiCp和1wt.% CNT的 SiCp(CNT)/Al复合材料展现了最好的增强效果，模量、屈服强度和抗拉强度分别为96GPa、120MPa和201MPa，相对于基体分别提升了35%、52%和74%。.4.SiCp(CNT)/6061Al复合材料中，7μm的SiCp(CNT)增强6061Al复合材料的力学性能最佳，模量和抗拉强度分别为97GPa和428MPa，塑性也比单一SiCp增强时提高了10%。另外，CNT主要分布在SiCp与铝基体的界面处，位错强化和应变强化效果更明显，并且还还提高SiCp与铝基体的界面结合力，延缓界面开裂，阻碍裂纹扩展，改善塑性。.5.室温下， SiCp(CNT)/6061Al复合材料表现出最佳的阻尼性能；随温度升高，复合材料的阻尼明显提高；而且随频率的升高，材料表现出更好的阻尼性能。.综上，本项目制备的SiCp(CNT)增强铝基复合材料为改善颗粒增强铝基复合强塑性匹配问题，提供了很好的解决途径，进一步拓展了其应用范围。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
Enhanced mechanical behavior and fabrication of silicon carbide particles covered by in-situ carbon nanotube reinforced 6061 aluminum matrix composites
原位碳纳米管增强 6061 铝基复合材料覆盖碳化硅颗粒的增强机械性能和制造
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2016.06.021
  • 发表时间：
    2016-10
  • 期刊：
    Materials and Design
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Shisheng Li;Yishi Su;Xinhai Zhu;Huiling Jin;Qiubao Ouyang;Di Zhang
  • 通讯作者：
    Di Zhang
Fabrication and thermal conductivity of copper coated graphite film/aluminum composites for effective thermal management
用于有效热管理的铜涂层石墨膜/铝复合材料的制造和导热性
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2017-07-15
  • 期刊：
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Huang, Yu;Su, Yishi;Zhang, Di
  • 通讯作者：
    Zhang, Di
Effect of alumina coating and extrusion deformation on microstructures and thermal properties of short carbon fibre–Al composites
氧化铝涂层和挤压变形对短碳纤维-Al复合材料显微组织和热性能的影响
  • DOI：
    10.1007/s12034-017-1523-9
  • 发表时间：
    2018-02
  • 期刊：
    Bull. Mater. Sci.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    QIUBAO OUYANG
  • 通讯作者：
    QIUBAO OUYANG
混杂增强金属基复合材料的研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中国材料进展
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    欧阳求保
  • 通讯作者：
    欧阳求保

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其他文献

颗粒增强金属基复合材料的结构建模与力学模拟研究进展
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  • 发表时间：
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  • 作者：
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Enhanced through-plane thermal conductivity and mechanical properties of vertically aligned graphene nanoplatelet@graphite flakes reinforced aluminum composites
垂直排列石墨烯纳米片@石墨片增强铝复合材料的增强平面导热率和机械性能
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    10.1016/j.diamond.2020.107929
  • 发表时间：
    2020-10
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    张荻
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真空烧结与放电等离子烧结相结合的反钙钛矿氮化锰Mn3.1Zn0.5Sn0.4N的微观结构表征、力学性能和热膨胀
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    --
  • 发表时间：
    2020
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    曹贺;苏益士;崔铎;张荻;欧阳求保
  • 通讯作者：
    欧阳求保

其他文献

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多维、多尺度石墨(CNTs)/铝复合材料的可控制备与热特性研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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