孙德林
,
郝晓峰
,
余先纯
,
陈新义
,
刘明辉
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2015.20.011
以液化木材和炭粉制备的片状木材陶瓷为基体材料、以碳纤维为增强材料,通过结构设计和应力应变分析建立单元结构模型和应力应变模型.SEM观测结果显示:根据结构模型所制备的试件具有典型的层状结构,且在断裂过程中有利于裂纹偏转.力学行为分析表明:在脱粘之前,载荷主要集中在基体材料上,当发生脱粘后载荷则主要由增强材料承担.同时,由于层状结构和增强碳纤维的运用使得力学性能大幅度提高,尤其是断裂韧性得到明显改善,在一定程度上能够避免脆性断裂的发生.
关键词:
层状木材陶瓷
,
碳纤维增强
,
结构特征
,
力学行为分析
孙德林
,
郝晓峰
,
洪璐
,
唐志宏
,
张绍明
无机材料学报
doi:10.15541/jim20160049
为了研究纤维增强木材陶瓷复合材料的界面结构与受力情况,利用液化木材、炭粉和碳纤维制备层状结构木材陶瓷.采用扫描电镜和高分辨率透射电镜对其基本结构与界面进行观测,并通过显微拉曼光谱检测拉伸试件G'峰的位移来判断界面的结合情况.同时,基于双线性软化本构模型,采用Abaqus软件对界面层在应力传递中的作用与方式进行了数值分析.扫描电镜与透射电镜的观测表明:碳纤维增强木材陶瓷具有清晰的层状结构,且无定形碳与玻璃碳之间存在强界面结合.拉曼光谱的测试发现:加压烧结试件拉伸后的G'峰向低波数的位移更大,证明加压烧结能够改善玻璃碳与碳纤维之间界面的结合强度.数值分析显示:在受力过程中,界面层对碳纤维与基体材料之间的应力传递起着重要作用,同时,随着界面层强度与厚度的增加,其所能承受的载荷增大,传递给基体材料的等效应力也随之增加.
关键词:
层状木材陶瓷
,
碳纤维增强
,
界面结构
,
应力分析
孙德林
,
余先纯
,
郝晓峰
,
陈新义
,
刘明辉
材料热处理学报
为了探讨烧结温度对纤维增强木材陶瓷界面结构的影响,用液化木材和炭粉制备片状基体材料,并通过酚醛树脂与碳纤维复合、在不同的烧结温度条件下制备碳纤维/层状木材陶瓷复合材料.利用扫描电镜(SEM)、场发射透射电镜(FETEM)、显微拉曼光谱(MRS)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对其界面结构进行测试与表征.结果表明:在基体材料中,无定形碳与玻璃碳相互融合,界面区过渡自然,无明显界限;而在碳纤维与玻璃碳所形成的界面区中,较高的升温速度易形成为裂纹而呈现弱界面结合.同时,随着烧结温度的升高,界面区中有石墨微晶生成,但呈现出湍层结构.较高的烧结温度有助于脱除N、O、Na等元素,并有利于形成C-C结构.
关键词:
碳纤维/木材陶瓷
,
烧结温度
,
界面结构
,
影响因素
余先纯
,
任思静
,
郝晓峰
,
陈新义
,
刘明辉
,
孙德林
材料热处理学报
为了提升木材陶瓷的力学性能,用液化木材、炭粉和碳纤维等制备增强型层状结构木材陶瓷.探讨了烧结温度、液化木材用量等因素对其结构和力学性能的影响.结果表明,增强型层状木材陶瓷层状结构清晰,摩擦性能良好,且在微观上部分保持了木材天然的孔隙结构特征.同时,增强碳纤维和层状结构的运用能够获得较高强度与较好韧性.当烧结温度为1100℃、炭粉与液化木材质量比为1:0.75、胶合压力为3 MPa时,其抗弯强度、弹性模量、断裂韧性分别达到了53.90 MPa、2.58 GPa和1.69 MPa·m1/2,与普通木材陶瓷相比均有大幅度提高.
关键词:
液化木材
,
木材陶瓷
,
层状结构
,
碳纤维增强
余先纯
,
孙德林
,
郝晓峰
,
陈新义
,
丁山
材料热处理学报
doi:10.13289/j.issn.1009-6264.2017-0054
以松木粉、液化木材和ZnCl2为原料制备木材陶瓷,采用低温氮吸附法和扫描电镜(SEM)检测与评价烧结工艺对木材陶瓷孔隙结构的影响.SEM观测显示:木材陶瓷中多种孔隙结构并存,且木材的天然结构得以部分保存.低温氮吸附法检测表明:孔隙结构为H3型,以孔径为2.3 ～4.5 nm左右的介孔为主.烧结温度、升温速度和保温烧结时间等因素对孔隙结构有较大的影响.其比表面积随着烧结温度的升高而增加,但在高温区减小,而平均孔径则随烧结温度的升高表现为先减小后增加的趋势.1300℃、保温烧结30 min木材陶瓷的比表面积和平均孔径分别为364.2 m2·g-1和2.473 nm.
关键词:
木材陶瓷
,
烧结工艺
,
孔隙结构
,
影响因素
孙德林
,
郝晓峰
,
陈新义
材料热处理学报
为了研究木材陶瓷的断裂行为及其影响因素,以山毛榉薄木和液化木材为基材制备叠层结构木材陶瓷,分析了基本结构、烧结温度、液化木材用量和胶合压力等工艺因素对其断裂行为的影响.结果表明:叠层结构能够使断裂裂纹偏转,有利于改善木材陶瓷的断裂行为.当烧结温度、液化木材用量和胶合压力分别为1200℃、80％和7 MPa时,制备的木材陶瓷呈现出较完整的叠层结构,并可获得相对较好的断裂韧性,其值是无叠层结构的2～3倍.
关键词:
木材陶瓷
,
叠层结构
,
断裂行为
,
影响因素
