1 三峡大学石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002
传统成型工艺制备的导电复合材料内部导电通路分布不可控，且难以实现复合材料的电学与力学性能的匹配。利用选择性激光烧结技术快速制备了类金刚石结构石墨骨架素坯，并经过二次固化、真空压力浸渍酚醛树脂溶液以及高温碳化等后处理工艺改善石墨骨架电学以及力学性能，并将环氧树脂与之“复合”，制备了石墨/环氧树脂复合导电材料。通过正交试验，研究了石墨骨架结构特征参数对导电复合材料的电导率和抗弯强度的影响。研究结果表明：键半径R为决定复合材料电导率的主要因素，但对于其抗弯强度为较次要因素；键长L对复合材料的电导率和抗弯强度皆为较主要因素；当键长为6 mm、键半径为1.4 mm、键角为120°时，可获得力学性能和导电性能相协同的新型导电复合材料。
选择性激光烧结 导电复合材料 正交试验 电导率 抗弯强度 selective laser sintering conductive composity orthogonal test electrical conductivity bending strength
1 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，景德镇 333403
2 景德镇陶瓷大学国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心，景德镇 333001
以方解石、高岭土、氧化铝等为主要原料，长石、烧滑石和白云石作为助熔剂制备钙长石质日用瓷，探究不同助熔剂及其用量对钙长石质日用瓷性能的影响。结果表明，当单一长石作为助熔剂时，其助熔效果较差，且长石添加量过多会导致试样抗弯强度显著降低。当烧滑石与长石复合作为助熔剂时，烧滑石添加量较少时助熔效果不明显；当烧滑石添加量提高至4%(质量分数)时，试样吸水率显著降低，抗弯强度明显提高。当白云石和长石复合作为助熔剂时助熔效果较好，且随着白云石添加量的提高，试样抗弯强度先增大后减小，当添加量为6%（质量分数）时试样综合性能较优，其吸水率为0.27%，抗弯强度为101 MPa，同时具有良好的透光性。
助熔剂 钙长石 日用瓷 长石 烧滑石 白云石 抗弯强度 flux anorthite daily porcelain feldspar burnt talc dolomite bending strength
1 海南大学, 海南省特种玻璃重点实验室, 海口 570228
2 海南大学, 南海海洋资源利用国家重点实验室, 海口 570228
3 海南海控特玻科技有限公司, 澄迈 571924
4 特种玻璃国家重点实验室, 澄迈 571924
5 特种玻璃国家重点实验室, 澄迈 571924)
本文以SiO2、Al2O3、ZnO、CaO、MgO为主要原料制备锌尖晶石-透辉石体系微晶玻璃, 利用自增韧技术提高了该体系微晶玻璃的力学性能。采用正交试验研究各热处理工艺参数对该体系微晶玻璃力学性能的影响, 探究了微晶玻璃的晶相比例、微观形貌与其力学性能之间的关系。结果表明, 提高透辉石相比例可显著提高微晶玻璃断裂韧性, 但比例过高则会降低微晶玻璃抗弯强度, 因此制备高韧性、高抗弯强度的微晶玻璃时需要柱状晶体交错和粒状晶体填充其间隙, 起到协同强化的作用。基础玻璃经750 ℃保温2 h+810 ℃保温2 h+880 ℃保温2 h+950 ℃保温2 h后, 微晶玻璃断裂韧性达5.1 MPa·m1/2, 抗弯强度达255 MPa, 维氏硬度为8.3 GPa。
锌尖晶石-透辉石微晶玻璃 自增韧 断裂韧性 抗弯强度 热处理工艺 正交试验 gahnite-diopside glass-ceramics self-toughening fracture toughness bending strength heat treatment process orthogonal test
1 中南大学粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083
2 珠海市巨海科技有限公司,珠海 519110
本文通过调整Fe-Co-Cu-Sn中石墨烯的含量来探究石墨烯对铁基金属结合剂金刚石磨具性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等测试了铁基金属结合剂金刚石磨具的显微结构、物相结构、力学性能和物理性能。结果表明: 结合剂中石墨烯的含量仅对晶相含量有影响; 当石墨烯含量为0.4%(质量分数)时, 磨具的抗弯强度最高, 为256.0 MPa, 较无石墨烯磨具提高了17.4%; 随着石墨烯含量增加, 石墨烯由片状均匀分布转变为逐渐团聚, 断口组织由脆性断裂转变为韧性断裂, 磨具的热膨胀系数逐渐降低, 导热系数逐渐提高; 磨具的磨耗比呈先增加后减少的趋势, 当石墨烯含量为0.4%时, 磨耗比最高, 为199.8, 较不添加石墨烯的磨具提高了约21%。
石墨烯 铁基金属结合剂 金刚石磨具 抗弯强度 热膨胀系数 磨耗比 graphene Fe-based metal binder diamond abrasive tool bending strength thermal expansion coefficient abrasive ratio
1 华中科技大学材料科学与工程学院, 材料成形与模具技术国家重点实验室, 武汉 4300074
2 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心, 武汉 430074
云南具有丰富的矿产资源, 钠长石是当地的优势矿种之一, 然而目前钠长石产业结构单一, 产品附加值低。本文以云南钠长石为原材料, 采用数字光处理(DLP)技术制备钠长石陶瓷, 探究了烧结温度对钠长石陶瓷性能的影响, 并基于研究结果成功制备出结构复杂的钠长石陶瓷。结果表明, DLP技术制备的钠长石陶瓷成形效果良好, 钠长石陶瓷素坯的抗弯强度为18.30 MPa。随着烧结温度的升高, 钠长石陶瓷的主要物相为钠长石和钙长石, 无新相产生, 且钠长石陶瓷的收缩率、致密化程度和抗弯强度逐渐增大。当烧结温度达1 150 ℃时, 钠长石陶瓷试样收缩率最大, 为35.25%(Z方向), 微观组织致密, 力学性能良好, 其抗弯强度为98.69 MPa。将云南钠长石与数字光处理技术相结合制备高性能、结构复杂的钠长石陶瓷对促进云南钠长石的产业发展具有较为重要的推动作用。
钠长石 数字光处理 烧结温度 抗弯强度 微观形貌 收缩率 albite digital light processing sintering temperature bending strength microscopic morphology shrinkage
太原科技大学机械工程学院,山西省冶金设备设计理论与技术重点实验室,太原 030024
为了增韧Si3N4基陶瓷材料, 以钨(W)作为第二相材料, Y2O3-Al2O3作为烧结助剂, 采用气压烧结法制备了W/Si3N4复合陶瓷材料。研究了W含量对W/Si3N4复合陶瓷材料致密性、力学性能以及结构的影响。结果表明: 在W含量小于5%(质量分数)时, 样品致密度均达97%以上; 在W含量为5%(质量分数)时, 获得的W/Si3N4复合陶瓷材料综合性能最佳, 弯曲强度、硬度和断裂韧性分别为(670.28±40.00) MPa、(16.42±0.22) GPa和(8.04±0.16) MPa·m1/2, 相比于未添加金属W的Si3N4陶瓷材料分别提高了38.08%、13.08%和44.34%; 通过分析W/Si3N4复合陶瓷材料样品抛光面和压痕裂纹的微观结构, 发现W的引入能促使裂纹在扩展路径上更易发生偏转、分叉等增韧机制, 消耗裂纹扩展能量, 从而改善Si3N4陶瓷的断裂韧性。
Si3N4陶瓷 钨 气压烧结 微观结构 致密性 弯曲强度 断裂韧性 Si3N4 ceramics tungsten pneumatic sintering microstructure compactness bending strength fracture toughness
1 1.中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
2 2.中国建筑材料科学研究总院有限公司 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
激光诱导损伤是导致熔石英真空光学元件突发破裂的根本原因。本工作采用神光-Ⅲ原型装置终端光学组件的熔石英真空光学元件制作了标准样品, 统计分析了熔石英玻璃样品表面损伤形貌特征, 探究了激光诱导损伤对熔石英玻璃样品弯曲强度的影响。结果表明: 激光诱导熔石英玻璃损伤点形貌为典型的半椭球体, 损伤点深度随其长度增大呈上升趋势, 深度极限基本不超过2 mm; 损伤点对熔石英玻璃弯曲强度影响非常明显, 含损伤点的样品平均弯曲强度仅为不含损伤点样品平均弯曲强度的41%。随着损伤点长度和深度增大, 熔石英玻璃的弯曲强度总体呈下降趋势, 但当损伤点长度大于15 mm, 弯曲强度下降趋势明显缓和, 损伤点长深比对弯曲强度无明显影响。熔石英玻璃真空窗口光学元件安全设计, 应考虑玻璃弯曲强度离散性及持久应力作用综合影响, 且在损伤点位置处的最大弯曲拉应力不应超过其弯曲强度设计值。
真空窗口光学元件 熔石英玻璃 激光诱导损伤 弯曲强度 安全设计 vacuum window optical element fused silica glass laser-induced damage bending strength safety design
中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024
熔盐中少量的Na+并不会对玻璃的离子交换效果产生明显影响，但当熔盐中Na+浓度不断增大时，化学增强钠铝硅酸盐玻璃的性能开始受到影响。本文采用一步法离子交换工艺研究了熔盐中Na+浓度对不同厚度化学增强钠铝硅酸盐玻璃表面压应力、应力层深度和弯曲强度等性能的影响。研究表明：熔盐中Na+浓度不断增大时，化学增强钠铝硅酸盐玻璃的表面压应力、弯曲强度下降；弯曲强度下降最多可达175 MPa，此时玻璃的表面压应力下降了57.4 MPa；熔盐中Na+浓度变化未对化学增强钠铝硅酸盐玻璃的应力层深度和可见光透过率产生明显影响。
钠铝硅酸盐玻璃 Na+浓度 离子交换 弯曲强度 离子互扩散系数 半无限扩散模型 sodium aluminosilicate glass Na+ concentration ionexchange bending strength interdiffusion coefficient of ion semiinfinite diffusion model
东北林业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
木材的抗弯强度是木材重要的力学指标。 光谱分析操作简单、 方便、 快速, 已成为木材检测的重要手段。 但是在应用中, 面对检测环境的温湿度变化、 仪器部件老化和附件更换等情况, 采集到的光谱数据会发生一定程度的偏移。 为了解决这一问题, 以落叶松抗弯强度的近红外光谱预测模型为研究对象, 针对不同类型光谱仪数据差异而导致主机模型泛化能力差的问题, 提出了一种迁移学习与光谱转移校准结合的近红外光谱建模方法。 加工200组落叶松板材试件样本, 以NIRQuest512光谱仪为主机、 One-chip微型集成光谱仪为从机, 分别采集落叶松试材光谱数据, 利用力学万能测试机检测试件力学真值; 2类数据经过SNV、 S-G、 光谱剪切预处理后, 从机数据使用PDS转移校正完成从机到主机光谱线性变换; 然后, 利用SWCSS对2类光谱数据进行特征提取, 优选出主机与从机相关的稳定性一致光谱波段; 最后, 采用100组试件的2类近红外光谱数据进行GFK-SVM建模, 得到适用于主机、 从机设备的通用模型。 为了验证模型方法的有效性, 应用100组数据进行测试并对比了DS-PLS, PDS-PLS, DS-SWCSS-GFK-SVM和PDS-SWCSS-GFK-SVM等建模方法; 结果表明, PDS采用了滑窗技术, 方法相较DS方法可以更好地完成光谱数据的线形映射, 在一定程度上提高了建模精度, 统一了两组光谱仪之间的光程与波长数; SWCSS特征提取方法能够根据2组光谱数据集之间的差异与共性优选波段, 保证特征选择的有效性与稳定性, 提升建模精度; GFK-SVM适合不同光谱数据的迁移, 能够通过合理的核函数参数优选实现不同类型光谱数据的高维映射, 在高维空间中构建不同数据集的通用模型, 实现主机模型在从机光谱预测上的泛化, 提升了数据的使用效率, 测试集相关系数Rp达到0.875, 均方根误差RMSEP为11.975。
木材抗弯强度 模型转移 迁移学习 Wood bending strength Calibration transfer Transfer learning GFK-SVM GFK-SVM 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1471
中国航发北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室，北京 100095
分别在500 ℃、700 ℃、900 ℃及1 100 ℃空气条件下，对石墨及渗硅石墨进行氧化实验，以分析熔融渗硅对等静压石墨氧化行为的影响。采用扫描电镜(SEM)分析了样品表面及内部形貌，通过压汞法表征了样品的孔隙结构，并对材料的力学性能进行了测试分析。结果表明：500 ℃条件下，石墨和渗硅石墨均未发生明显的氧化失重现象；温度为700 ℃时，石墨的氧化失重率随时间延长明显增加，而该温度下渗硅石墨的氧化失重率变化较小。而且，渗硅石墨在700 ℃时仍能保持较好的强度，而此温度下，石墨随氧化时间的延长，强度明显降低，甚至被氧化成粉末状。因此，熔融渗硅在提高材料抗氧化性能的同时能够显著提升材料的强度。
石墨 抗氧化 孔结构 熔融渗硅 硅 弯曲强度 graphite oxidation resistance pore structure silicon infiltration silicon bending strength
