石墨烯—Al纳米叠层复合材料的断裂韧性研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:abing206
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
复合化是金属材料提高力学性能的有效途径。在金属基体中加入具有特定性能或优异综合性能的第二相形成金属基复合材料(Metal Matrix Composites,MMCs),可以弥补金属基体的某些性能短板,实现综合性能的提升。在传统的金属基复合材料中,人们往往希望增强体在金属基体中能实现均匀分布,从而避免因增强体的团聚导致应力集中的产生,使得复合材料整体力学性能降低。但这类以相与组织在空间均匀分布为特征的复合构型不利于最大程度地发挥不同组分之间的协同耦合效应,进而造成复合材料在强度和刚度提高的同时,塑韧性明显下降,制约了MMCs在工程应用领域的发展。近年来,纳米增强相以其独特的物理、力学等性能优势备受青睐,以碳纳米管,石墨烯等增强相为代表的新一代增强体成近年来在复合材料领域的研究重点。与采用均匀复合构型的传统MMCs不同,启迪于自然生物材料的精细构型,本研究小组以具有高强高模的石墨烯(还原氧化石墨烯,reduced graphene oxide,RGO)作为增强体,采用改进的粉末冶金技术制备了石墨烯增强铝基纳米叠层块体复合材料。在此基础上,为了进一步揭示石墨烯增强铝基纳米叠层复合材料的韧化机制,本文在石墨烯增强铝基纳米叠层块体复合材料的表面上制备出具有不同叠层取向的符合尺寸规定的悬臂梁复合试样,并在相同条件下对微米尺度悬臂梁进行原位弯曲试验。通过调控石墨烯增强铝基纳米叠层复合材料的叠层取向,本文定量评估了在不同取向下石墨烯的韧化效果,同时,原位测试技术保证能全方位观测弯曲过程中悬臂梁断裂即裂纹扩展的全过程。研究结果表明,裂纹扩展方向垂直于叠层取向时,石墨烯对裂纹扩展具有明显的阻碍作用,使得裂纹在扩展过程中发生明显的偏转现象。而当裂纹扩展方向平行于叠层时,裂纹扩展过程中阻碍作用减小,裂纹倾向于在层间快速扩展,进而使得材料发生失效。实验证实了不同叠层取向下裂纹尖端应力应变场的差异性是导致其断裂性能出现差异的主要原因。同时,本文采用宏观三点弯曲实验,探究不同含量的石墨烯对石墨烯增强铝基复合材料的增韧机制的影响。通常,用断裂韧性值(KIC)表征裂纹扩展所受阻碍作用的大小。实验发现,提高复合材料中石墨烯的含量可以使基体中石墨烯由非连续性增强体逐渐转化至连续增强体。同时,随着石墨烯含量的增加,实验测得的断裂韧性值不断增加,表明石墨烯含量增加对裂纹扩展的阻碍作用增强。此外,通过扫描电镜(SEM)观测试样表面裂纹扩展路径可知,石墨烯含量增加,表面裂纹扩展路径越曲折。经过进一步透射电镜(TEM)试验分析,表明复合材料的断裂过程不仅包含穿层断裂,同时也发生了明显的沿层间断裂现象。本文通过对石墨烯增强铝基纳米叠层复合材料的韧化机制的研究,证明了这种纳米叠层仿生复合构型和良好结合的增强体/基体界面可以充分发挥增强体本征力学性能,并通过增加石墨烯含量或将石墨烯沿垂直于裂纹扩展方向排布,可以高效提高复合材料的韧性。本研究显示了复合材料的结构设计和调控对综合提高MMCs力学性能的重要意义,所采用的研究方法可直接应用于其他具有非均匀复合构型的复合材料,进而准确揭示其性能响应机理,阐明其构-效关系,为复合材料构型的优化设计和力学性能的精确调控提供途径与方法。
其他文献
【摘要】数学学科与语文和英语这些学科有本质的区别,不是仅仅背背课文、背背词汇就可以获得很不错的成绩,它也不如音乐、美术、体育学科那样招学生喜欢。数学学科中,数字、算式等常让学生感到十分枯燥,甚至会让学生感到头疼,此外再加上教师常通过口头、习题讲解的方式来向学生传授知识,通过大量的习题来让学生学会运用这些知识点,从而使得学生学习数学的兴趣不高,其数学能力即使在教师的指导下也很难得到提高。信息技术以其
基于外加电场对电子漂移速度的影响,考虑激发能对微米尺度和纳米尺度电子传输的依赖,通过计算仿真研究了外加条件及两种电子传输对量子点红外探测器噪声的影响.结果表明:在254
烯烃氢甲酰化反应是工业上合成醛和醇的一种重要的方法,具有催化剂活性高、选择性好的优点。异戊醛是一种重要的香料和药物中间体,应用广泛。异丁烯氢甲酰化反应生产异戊醛使
【摘 要】对于整个学校来说,这所学校的校长承担的是一个很重要的领导角色,有什么样的校长就有什么样的学校,对于校长来说,他自身的管理能力的高低和管理思想的先进程度很大的影响着学校的发展。为了能够营造出一个良好和谐的校园环境,校长要充分应用好管理中刚与柔思维。本文就是对中学校长管理中刚与柔思维的应用分析。  【关键词】中学校长;管理;刚与柔思维;应用分析  【中图分类号】G717 【文献标识码】A  
目的观察热敷散与鲑鱼降钙素合用治疗老年骨质疏松性脊柱骨折患者的疗效。方法采用手法复住,卧硬板床,热敷散外用和肌注降钙素,所有患者随访6~18个月。结果优良率82.66%。结论热敷
为了满足人们对出行的需求,在岩溶发育区修建隧道正日益普遍,而由潜伏溶洞对隧道造成的影响也成为影响隧道施工运营安全的重要因素。本文以在岩溶区修建的分离式隧道为研究对象,分析了在水平应力与竖向应力之比λ大于3时溶洞与隧道的相对位置对分离式隧道应力和变形的影响,并合理设置围岩应力与溶洞位置,研究在此种情况下分离式隧道截面形状对围岩应力与变形的影响。本文在搜集工程信息,确立建立模型所需的物理力学参数后,合