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关键词： 碳纳米管   碳纤维多尺度复合材料   定向取向   弯曲性能   层间剪切性能   Ⅰ型断裂韧性   导热性能   导电性能  

摘要： 层合板是碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)最为广泛的应用形式。常见的层合碳纤维复合材料中各铺层之间缺少纤维增强,铺层间的载荷传递仅依靠基体承担。由于一般的热固性聚合物基体强度低、断裂韧性差,因此,CFRP复合材料的层间剪切强度和断裂韧性较低,从而制约了复合材料层合板面内力学性能优势的发挥,降低了碳纤维复合材料结构的减重优势。此外,碳纤维本身具有较好的热、电综合特性,CFRP层合板热、电性能的短板问题同样主要由层间导热、导电性能差的基体树脂引起。因此通过改善CFRP层合板的层间电、热性能是实现复合材料结构功能一体化的有效的途径之一。针对上述问题,本文采用碳纳米管层间增强的方法,构筑碳纳米管-碳纤维多尺度增强相,以期改善碳纤维增强聚合物层合复合材料的层间性能。本文从实现碳纳米管在碳纤维增强聚合物复合材料层间的定向取向及其对复合材料力学性能及热、电性能的影响规律和增强机制角度展开研究。具体研究了在树脂流动驱动下,碳纳米管在碳纤维间微流道中的迁移-取向过程;含碳纳米管环氧树脂膜制备技术;基于多层树脂膜熔融浸渍方法的沿层合板厚度方向取向碳纳米管—碳纤维多尺度复合材料制备技术及其微观结构;多尺度复合材料的弯曲性能、层间剪切性能以及层间断裂韧性以及多尺度复合材料厚度方向导热、导电性能。碳纳米管在碳纤维间微流道中迁移-取向的流固耦合模拟结果表明:碳纳米管在碳纤维间微中的迁移-取向主要是依靠纤维流道收窄时,碳纳米管受到的来自树脂流体动压力与粘滞阻力的合力矩引起的,流道变宽时碳纳米管取向程度下降。通过对成型压力及树脂粘度因素的研究发现,在实际工艺条件中树脂粘度与驱动压力条件下实现碳纳米管的迁移-取向是可行的,碳纳米管具有直、粗的形貌特征且长度适中时有利于提升其取向效果。研究了不同热熔反应性环氧树脂体系的固化性能、流变性能以及力学性能,结合树脂膜熔融浸渍工艺对环氧树脂体系的工艺性能的要求,优选出了热活性低、熔融粘度低、凝胶时间长、力学性能良好、成膜性能优异的环氧树脂体系3121。通过碳纳米管的结构形貌及其环氧纳米复合材料拉伸性能实验,优选了两种具有显著形貌差异的碳纳米管CNT与CNF。探索了碳纳米管/环氧共混树脂膜的制备方法。发现成膜温度为80℃,成膜时间为10 min,初始胶液中乙醇含量为4 wt.%时,树脂膜形貌完整无岛状、气孔状缺陷,工艺质量最好。设计了一种基于自密封和变形可控真空袋的多层树脂膜熔融浸渍-模压工艺,实现了控制树脂沿纤维预成型体厚度方向的浸渍以及纤维体积分数高、内部缺陷少的多尺度复合材料制备。通过控制真空辅助Z向浸渍的时间,可调控复合材料内部碳纳米管的取向;延长真空辅助的Z向浸渍时间,可以提高碳纳米管沿厚度方向的取向度。通过扫描电镜观察发现相较于CNF,CNT在复合材料层间具有更高的沿厚度方向取向度。采用多层树脂膜熔融浸渍-模压工艺制备了具有厚度方向取向的碳纳米管多尺度复合材料。随着真空辅助Z向浸渍的时间延长,多尺度复合材料弯曲模量逐渐上升,而弯曲强度出现先下降后上升的趋势。其中加入0.5 wt.%的CNT后复合材料弯曲强度和弯曲模量分别提升了10.8%与16.2%。通过对多尺度复合材料层间剪切性能的研究发现,加入碳纳米管后,多尺度单向复合材料与织物复合材料的层间剪切强度均获得不同程度的提升,当真空辅助Z向浸渍时间为10 min时,单向CNT多尺度复合材料的层间剪切强度提升了18.5%,织物复合材料层间剪切强度提升了12.0%。多尺度复合材料层间断裂韧性测试结果表明,CNF的加入对复合材料Ⅰ型断裂韧性没有带来增强效应。而加入CNT则显著提升了复合材料的Ⅰ型断裂韧性,其中CNT含量为0.3 wt.%时,复合材料Ⅰ型断裂韧性初始值提高了47.3%,稳定扩展值提高了50.0%,断裂韧性最大值提升了62.1%。碳纳米管对复合材料的层间增韧作用主要表现在对层间树脂基体的增韧、引发裂纹的分支化以及支裂纹跨层扩展引起的更多纤维桥连现象。通过对定向取向碳纳米管多尺度复合材料厚度方向导热性能的研究发现,随着碳纳米管取向程度提高,其对复合材料厚度方向热扩散系数与热导率提升均产生积极影响。加入0.5 wt.%的CNT后,复合材料热导率提升最为明显,其热导率较未采用真空辅助Z向浸渍的对照试样提升了52%。CNF的加入对复合材料热导率提升效果不明显,究其原因是CNF本征热导率低及其在层间的取向度较低。加入碳纳米管能有效提高复合材料厚度方向电导率。对比CNF,CNT的加入对复合材料厚度方向电导率的提升更加明显,这一方面是由于碳纳米管具有更高的本征电导率,另一方面,碳纳米管的在树脂流场下更易发生取向,形成贯穿层间树脂区域的导电网络。0.5 wt.%的CNT多尺度复合材料厚度方向电导率提升了40%,但是碳纳米管的加入对多尺度复合材料横向导电性的贡献是有限的。

摘要： 静电纺制备的微纳米纤维非织造材料具有高比表面积、高吸附特性,可制备高效低阻过滤材料、定向扩散导水卫生材料等高附加值产业用纺织品,是我国'十三五'规划纺织工业重点发展方向之一.凭借着生产技术的可控稳定量产、产品的高附加值以及完整的知识产权体系,'高曲率液面静电纺非织造材料宏量制备关键技术与产业化'荣获了'纺织之光'2019年度中国纺织工业联合会科学技术奖一等奖.

关键词： 金属多孔材料   烧结   椭圆振动切削   模压  

摘要： 烧结不锈钢多孔材料诞生于上个世纪初期,因其兼具有多孔材料的优异轻质性、透过性、毛细性能和不锈钢材料的高强度、稳定性、耐腐蚀性和导电导热性能等优势,是在本世纪新型材料的研究领域中取得高速进步的一位特殊成员。然而由于不锈钢材料的硬度较高、机械加工难度大,现有的烧结不锈钢多孔材料主要以化学还原法制备的球状金属粉末为原料烧结而成,难以在保持较高孔隙率的同时保证材料的高强度,一定程度上限制了其应用和发展。而椭圆振动切削技术(Elliptical Vibration Cutting,EVC)是针对于黑色金属和脆硬性材料的一种新型加工方式,可以用于制取微米级的切屑颗粒,因此本文基于对椭圆振动车削技术过程中产生的切屑颗粒的研究,提出了一种大孔隙比、高强度的新型烧结不锈钢多孔材料制备技术。本研究中首先重点基于柔性机构的动力学建模和刚度计算研制了一套基于压电叠堆驱动、由位移传感器动态监测补偿的高精度二维椭圆振动切削系统,包括装置的整体设计和柔性铰链的尺寸设计计算。并通过有限元软件对装置模型进行了仿真分析,搭建测试系统对装置的静态刚度、固有频率、阶跃响应、正弦响应以及椭圆轨迹合成性能进行了测试,以保证装置性能可以满足切削实验的需求。其次,建立输入信号对刀尖的椭圆振动轨迹数学模型,分析微切屑颗粒的制备条件,推导切屑颗粒在不同平面的厚度公式,以获取各切削参数的合理选用范围。将设计完成的椭圆振动机构安装在精密数控机床上,用以在奥氏体不锈钢棒料端面切削,获取微米级大小的具有丰富微观结构的奥氏体不锈钢微切屑颗粒,通过多组对比实验探究振动频率、名义切深、进给量以及主轴转速等主要切削参数对微切屑颗粒表面微观形态的影响,获得了一组最佳的切削参数用于加工可用于烧结不锈钢多孔材料的微切屑颗粒。最后,设计制作了一套压片模具将制备好的微切屑颗粒在压力机下模压出成型压坯,将模压后获得的压坯在真空环境中采用阶梯升温法开展烧结实验,微切屑颗粒表面的微观结构在烧结过程中有利于颗粒间的烧结颈与细小孔隙的形成,从而能获得一种兼具有大孔隙率和较高强度的特点新型微切屑颗粒烧结不锈钢多孔材料(Micro Chip Particles-Sintered Stainless Steel Porous Material,MCP-SSSPM)。设计不同的实验对制备出的MCP-SSSPM样品的孔隙率、抗压强度和可加工性能进行了测试,多孔材料的孔隙率达到了36%的同时抗压强度达到了82MPa,同时也具有较好的可加工性能,被加工表面不易发生断裂掉渣,对刀具的磨损也较低。这些性能特点有利于其应用于如齿轮传动等轻载机械传动场合,提高机械结构的减振润滑性能。

关键词： 射频声波滤波器   硅基钽酸锂薄膜   离子注入剥离   晶圆键合   表面形貌  

摘要： 第五代移动通信系统(5G)正推动无线终端产品市场需求和射频前端芯片技术价值的不断增长。未来，5G射频前端芯片产业的市场规模将逐渐扩张，预计到2025年，其将南2019年的178亿美元增长到310亿美元。射频声波滤波器的市场规模占整个射频前端芯片市场的一半左右，在5G新的技术标准下，射频前端对射频声波滤波器的需求倍增，但同时也提高了射频声波滤波器的性能要求和设计制造难度。当前阶段，全球射频前端芯片市场仍主要被村田(Murata)、博通(Broadcom)等美日厂商占据，我国5G的发展和应用在射频前端芯片方面仍然面临被“卡脖子”的风险。为了加快突破产业瓶颈和“卡脖子”技术，需要大力攻关包括5G射频声波滤波器在内的关键基础材料和核心基础元器件。　　持续改进压电衬底材料的结构设计是提升射频声波滤波器性能的重要途径。近年来的研究表明，以硅基钽酸锂(LTOI)和硅基铌酸锂(LNOI)为代表的硅基压电异质集成单晶薄膜衬底将作为关键的基础材料，为5G射频声波滤波器的发展提供重要的材料支撑。因此，对硅基压电异质集成衬底的晶圆级制备技术进行研究具有重要的产业和应用价值。本论文基于离子注入剥离和晶圆键合转移的技术路线，以42度Y-X切钽酸锂单晶材料为研究对象，对晶圆级（4英寸）硅基钽酸锂压电异质集成单晶薄膜衬底的关键制备技术展开了研究。具体如下:　　(1)钽酸锂的离子注入及薄膜剥离工艺研究　　采用贴片注入的方式，将4英寸的钽酸锂单晶晶圆贴至8英寸的硅晶圆表面进行离子注入，克服了目前商用钽酸锂单晶晶圆与离子注入机的代际差距。并且，当贴片位置取在垂直于钽酸锂单晶晶圆的面内X轴的直径方向上时，最有利于降低钽酸锂晶圆注入裂片率。在不同的氢离子注入剂量和不同的退火温度下，对钽酸锂的表面氢离子注入起泡现象进行了研究，并据此分析确定了钽酸锂的氢离子剥离工艺:采用75keV氢离子注入，钽酸锂单晶薄膜的优选剥离剂量为9×1016ions cm-2，剥离温度为180℃。此外，还通过阿伦尼乌斯方程对钽酸锂的表面起泡激活能进行了分析和讨论。　　(2)钽酸锂与硅基衬底的晶圆键合及键合晶圆的高温热失配抑制研究　　对于晶圆键合过程中的钽酸锂表面等离子体激活，氩气、氮气、氧气三种激活气体的激活效率依次为:氮气＞氧气＞氩气，因此采用氮气作为激活气体。通过构建钽酸锂/硅异质键合结构的三维有限元模型，对键合晶圆的应力、应变进行了仿真分析，从键合晶圆的几何尺寸出发的仿真分析结果显示:键合晶圆的高温热失配可通过实施晶圆减薄，降低钽酸锂单晶晶圆层的厚度而得到抑制。减薄和剥离的实验结果表明，钽酸锂厚度减薄是有效的高温热失配抑制方法。　　(3)硅基钽酸锂压电异质集成单晶薄膜衬底的表征分析　　基于上述(1)和(2)的研究，成功制备了硅基钽酸锂压电异质集成单晶薄膜衬底。通过光学测试的方法表征了衬底的薄膜厚度和衬底高温后退火后的几何形貌，结果显示薄膜平均厚度为517nm，厚度均匀度为98.7％，几何形貌亦符合4英寸硅晶圆标准。又通过AFM、SEM、TEM表征分析了钽酸锂单晶薄膜的表面形貌和剥离机制，发现，由板状缺陷和板状裂纹的取向及分布所决定的剥离路径将导致薄膜表面形貌严重恶化（RMS=12nm）。结合SRIM仿真，评估了钽酸锂单晶薄膜的表面晶格质量，由于氢离子的过量注入和离子注入空位损伤的残留，钽酸锂单晶薄膜表面存在损伤层。最后，通过TEM和XRD表征了衬底的显微结构和薄膜单晶质量，结果表明，键合界面形成了大量含氧共价键，氢离子剥离的钽酸锂薄膜亦具备良好的单晶质量。　　(4)硅基钽酸锂压电异质集成单晶薄膜衬底的表面优化与器件验证　　采用半导体集成电路常用的表面平坦化技术——CMP，研究了衬底的表面优化工艺，受薄膜中残留品格缺陷的影响，衬底的表面优化工艺需包括CMP和“机械抛光”两步。经表面优化的钽酸锂单晶薄膜的表面粗糙度RMS=0.16nm，损伤层去除量可达90-100nm。通过XPS表征分析，初步探索了钽酸锂的化学机械抛光机理，发现在抛光时发生了还原反应，导致钽酸锂表面形成氧空位。最后，基于表面优化的硅基钽酸锂压电异质集成单晶薄膜衬底，设计并制备了声表面波(SAW)谐振器和梯形滤波器，验证了以离子注入剥离和晶圆键合转移为技术路线制备的LTOI衬底的射频声波器件可行性。

摘要： 辽宁省特种光电转换单晶体材料制备技术重点实验室是依托沈阳工程学院,由辽宁省人民政府于2015年批准建设并于2018年通过验收的省级重点实验室。实验室现有化学提纯、合成、晶体生长等成套的试验研究设施和偏光显微镜等大型物理检测设备。现有校内外专家17人,其中12人具有博士学位。

关键词： 新能源产业   创新创业型人才   材料制备技术   教学改革  

摘要： 新能源产业及其材料制备技术的快速发展对未来从业人员的培养提出了更高的要求,使得高等教育中相关专业的课程教学面临困难与挑战。从创新创业教育融入专业性课程教学的角度出发,结合我校学科建设特色,以培养新能源材料技术人才的核心专业课“材料制备技术及原理”为例,对其课程内容、教学模式与方法等方面进行探讨与改革,实现了教学效果的优化。这项教学改革与研究为培养高质量的双创人才提供了思路。

关键词： 大规格   钨基高比重合金   力学性能   金相分析  

摘要： 针对大尺寸高性能钨基高比重合金的制备技术开展一系列研究,采用常规原料添加微量元素的方法探讨适用于大尺寸高性能钨基高比重合金材料的成分配比,采用多步骤烧结方法烧结制备大尺寸93WNiFe合金制品,通过烧结过程材料尺寸的监控以及烧结制品实体取样力学性能分析,探索大尺寸钨基高比重合金材料液相烧结过程材料内部组织演变规律,获得4 t重,产品最大直径Φ700 mm、最大高度1400 mm的93WNiFe的超大钨合金部件,且产品各部位实体取样抗拉强度大于920 MPa,延伸率大于20%。

关键词： 知识产权优势   节能服务公司   质量监督检测   工程研究中心   材料制备技术   能源审计   工业节能   焦化产品  

摘要： 中钢集团鞍山热能研究院有限公司是我国冶金热工、冶金焦化以及新型炭材料与化学功能材料领域的综合性技术研究与开发机构,隶属于中国中钢集团;是国家级高新技术企业,拥有炼焦技术国家工程研究中心、煤焦油系新型材料制备技术国家地方联合工程研究中心、国家冶金工业焦化产品质量监督检测中心,国家冶金工业炭素材料质量监督检测中心、工业节能与绿色评价中心、辽宁省冶金流程工业系统节能工程技术研究中心、辽宁省煤焦油系特种新材料工程研究中心、院士专家工作站等国家和地方科技平台;是辽宁省能源审计机构(甲级),国家知识产权优势企业,国家备案的节能服务公司和辽宁省知识产权试点单位。

关键词： 空心微球   金属基复合泡沫材料   粉末冶金   吸能性  

摘要： 闭孔金属基复合泡沫材料是一种新型多孔复合材料,主要以空心微球和基体粉末为原料,将空心微球填充到金属或合金基体中复合而成;因其具有轻质、高强、良好的阻尼、吸能、隔热、隔音及电磁屏蔽等诸多优异性能,在减震、缓冲阻尼及防撞击等相关领域具有广泛的应用价值。本文主要介绍了利用空心微球制备闭孔金属基复合泡沫材料的方法,总结了其制备过程中存在的问题,并概述了闭孔金属基复合泡沫材料的应用。

关键词： 石墨烯纳米化   铝镁合金线   可控制备   应用技术  

摘要： 针对现有铝镁合金丝线存在丝线硬度、韧性、抗拉压强度等物理性能普遍偏低而电阻率偏高等电学问题,采取石墨烯纳米化增强铝镁合金线材料的技术方法,采用功能材料纳米化与纳米复合负载晶粒细化协同效应方式改善铝镁合金线材料性能,探索通过石墨烯纳米化增强铝镁合金线材料的可控制备使材料综合性能达到最优的普适方法和途径。