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日期:2009-09-07 阅读次数:8753
 

苏州市轻金属及其复合材料重点实验室

  新材料研究中心有4名教授及其团队在该中心专兼职开展筹备工作,该实验室的产业化与实验室建设将同步进展。在摩擦材料、轻质材料、合金材料、纳米材料等多个材料科学领域开展科技研发和服务工作。

主要研究内容
 
(1)轻质、高强铝基结构复合材料;
(2)耐磨铝基复合材料;
(3)新型轻质、高强镁基复合材料;
(4)超轻质、高效能、结构-功能一体化镁基复合材料;
(5)新型微细孔径的多孔材料;
(6)超轻Mg-Li合金;
(7)纳米金属粉体(Mg, Zn)制备
 
 
一、轻质、高强铝基结构复合材料

   

1.1性能   密度:2.8-2.85 g/ cm3;  抗拉强度:600-700 MPa;延伸率:6%-7.5%  。
性能特点    高比刚、比强,高的热强性和耐磨性。
注:纯铝密度:2.76 g/ cm3.

现工艺成熟.可制备各类型材及形状复杂的零部件.上图为我室制备的石油机械耐磨件、活塞环槽、线材(复合材料焊丝) 等。


二、铝基复合摩擦材料

成分:铝合金+增强体+减摩剂
1.性能特点 
①使用温度范围宽(-50—350℃),散热好;
②无“热衰退” 现象;
③磨损率低,优于国标5-10倍;
④无低温脆性;
⑤良好的抗腐蚀性能;
⑥制备工艺简单,价格便宜(低于半金属摩擦片);
⑦对对磨副有良好保护作用。
2.用途:可广泛用于各种交通运输工具和机器设备的制动器、离合器及摩擦传动装置。

 
 
三、   新型轻质、高强镁基复合材料
 
成  分:增强体(混杂增强 颗粒+晶须)+镁合金;
组织特点:基体致密、增强体分布均匀、界面结合良好、无不良界面反应
 
性  能
密度:1.85-1.95 g/ cm3 ;
抗拉强度:450-550MPa;
弹性模量: 55-60GPa;
延伸率:6%-7%.
注:纯镁密度:1.74 g/ cm3.
 
应  用:航空、航天、汽车、军工等
 
四、新型微细孔径、结构-功能一体化的多孔材料
    多孔金属由于其低密度、吸能、减震、高阻尼等优异性能,因而,受到了广泛的关注,多孔材料的发展也正向集结构-功能一体化方向迅速迈进。
    目前,多孔材料存在主要问题:由于孔径大(mm级)、闭孔经常残存有气体、发泡剂和其它微观不均匀夹杂物,导致其力学性能很低,抗拉强度一般仅有十数MPa 。本研究采用孔径细微化(微米级)、孔缘强化的设计思想制备出微细孔径高强高阻尼Al-Mg系多孔材料。其性能及结构特点如下:
1)显微结构
 

应    用:汽车和航空用高比刚材料、碰撞吸能安全材料等。
根据其性能特点:
①可用于高空抛掷物壳体的填充材料,以提高抛掷体的抗撞击、吸能、减振性能;
②可作为复合装甲的夹层材料,以提高其抗弹性能;
③用于大型军用动力设备的垫衬材料,以发挥此材料优良的减震消噪及高阻尼及抗压性能;
④可用于武器装备的轻型化,提高其战技指标。
    此项研究现处于试验室阶段,仅可制备出小型样品。尺寸较大的材料尚需解决一些技术问题
 
 
五、 有机纤维(Kevlar)增强Mg基复合材料
5.1前期研究基础
     本研究的前期资助为《科技部重大基础研究前期研究专项》及国家《自然科学基金》。
5.1.1设计特色与材料结构、性能特点
     采用具有高模量、高强度、高阻尼的Kevlar纤维增强Mg, 使其具有轻质高强韧
     等力学性能的同时,且具有高阻尼、抗弹及抗磁干扰的优异物理性能。与树脂
     基复合材料相比,无热湿条件下的老化问题,高的耐热性能,
5.1.2关键技术问题
①Kevlar纤维与基体镁的界面结合问题,即有机-无机的界面问题
②低温复合问题(<250℃)    Kevlar纤维在大于250℃时期强度急剧下降,而基体的复合在常规工艺下须大于450℃.   
③制备工艺要简单可行,适宜大批量生产。
    在此项目的研究中,研究了界面的耦合机理、反应及纤维表面预处理;研究了基体的成分设计及低温复合机理;研究了材料的低温复合工艺及组织结构。
5.2目前的研究现状
    现已解决了上述三个关键技术问题。在目前实验室条件下可制备出小型板材样品(见图1-3)。其制备工艺原理适于工业生产,工艺过程与树脂基复合材料基本相似,可用于板材及复杂构件制备。
   5.3下步工作
ρ<1.65g/cm3,目标强度800-1300MPa(远高于目前的镁及镁基复合材料,与超高强度钢水平基本相当,其质量密度约为铝的1/3~1/2,为钢的近1/5),阻尼性能优于无声合金和Mg-Zr合金。
 

5.4 应用推广前景
    目前正在航天、航空领域及要求轻质高强、抗磁干扰的军工及民用设施寻找应用。
 
六、 新型高强镁合金
    依据前期研究成果及经验积累,现已利用粉末冶金法制备出抗压强度为675MPa的新型高强镁合金。可用于汽车及军工领域。
 
 
七、 超低密度Mg-Li合金的研究
7.1 前期研究基础
    多年对轻质高强Al、Mg合金的成分设计、形变机理、强化机理、成型制备工艺的研究,积累了一定的经验。正研制密度低于Al-Li合金,比刚度、比强度高于Al-Li合金的Mg-Li合金。
7.2 目前的研究
    利用前期研究成果,现已制备出1.1-1.6 g/cm3密度 的Mg-Li-x的超低密度合金(见图3-1,3-2)
7.3 下阶段的研究计划
研究其强化机制,研究目标为
1)  强度大于400MPa,延伸率10%-12%;
2)    强度大于300MPa,延伸率15%-20%;
3)    强度大于250MPa,延伸率25%-30%
7.4 应用前景: 在航空航天及特殊应用领域有重要用途
 
 

 
 
八、金属纳米粉体及纳米复合材料的制备
金属纳米粉体的制备:目前可制备20-50nm,50-100nm的球形Zn,Mg纳米粉体,利用现有设备每天可制备Kg(公斤)量级纳米粉体(见照片)。目前主要用于纳米镁基复合材料的制备,其它用途正在寻找中。
 

 
实验室负责人简历
      柴东朗,1949年10月生,材料学院教授,材料学硕士,固体力学博士;原任材料学院副院长、材料学院分党委书记。学院学术及学位委员会成员,西安交通大学学术委员会委员。西安交通大学工程硕士专业原教育指导委员会委员。多年来从事教学及科研工作。获有省部级科研及教学奖励多项,主持有国家自然科学基金项目、国家“973”项目、军工“十五”项目,以及其它科研项目多项。在多个省部级及全国性学术团体二级分会、专业委员会任职。

 
 
教学工作
      多年来为本科生、研究生讲授的课程有:《金属学》、《金属材料学》、《金属学及热处理》、《机械工程材料》、《材料科学基础》等本科生课程及《古代冶金与金属文物》(本硕)、《复合材料学》(硕士)、《材料物理》(博士)研究生课程。主持多项省、校级教改项目,获有省教学成果一、二等奖各一项,校教学改革成果奖一等奖两项。参编合编教材讲义三部。
 
 
科学研究
      多年来从事材料及热处理、复相材料、复合材料等的组织设计及性能研究,并开展了复合材料的细观力学分析及界面设计、材料中损伤分析及损伤愈合机理研究、轻质高强度复合材料的制备及性能、纳米晶金属基复合材料技术、材料研究的计算机模拟及仿真、复合材料的仿生结构研究等新的科研方向。主持和承担国家自然科学基金项目、国家“973”项目及横向科研项目10余项。获部、省级科研奖励多项,发表论文40余篇。
 
 
科研经历
1) 86年起参加“复相材料组织设计及性能研究”工作
2) 90年从事金属基复合材料制备技术及组织设计的研究
3) 94年起开展金属基复合材料的仿生构元设计及自生成研究、梯度复合材料的制备、结构设计、力学本构分析及性能研究的科研方向
4) 95年起开展“材料中损伤愈合机理及具有自愈功能材料”的研究工作及“材料结构设计与细观力学分析”的计算机模拟新科研方向
5) 97年起开展“轻质高强度新型结构材料”的科研方向
6) 98年开展“复合材料界面设计及界面结构”研究
7) 99年起进行“纳米晶金属基复合材料技术”的研究工作
8) 2001年起开展“复合材料的微-细观层次结构设计及结构-功能一体化新型复合材料技术的新方向”
 
 
科研项目(近年内主持)
1)国家自然科学基金项目“金属基复合材料的仿生构元设计及自生成研究”
2)国防科工委基础研究项目“金属基复合材料技术”
3)中国人民解放军总装备部军工“十五”重点科研项目“轻质高强度镁基复合材料技术及应用镁基复合材料技术及应用”
4)国家“973”项目(重大科研项目前期基础研究专项)、“高性能金属基复合材料的机构设计、制备及计算机仿真”。
5)“行动计划”重点培植项目“新型复合材料研究及应用”。
6)“行动计划”学科建设重大项目子项目“纳米晶金属基复合材料的制备技术及应用”。
7)其它横向课题多项
 
 
科研获奖
1)煤炭部科技进步二等奖
2)张家口市科技进步一等奖
3)国家教委科技进步二等奖
4)教育部科技技术奖励二等奖
5)个人荣誉奖:王宽成育才奖,师表奖(一等)
6)国家科技进步三等奖。
 
学术机构任职
1)陕西省材料及热处理学会理事长
2)陕西省复合材学会副理事长
3)物理冶金技术委员会主任;
4)变形零件技术委员会主任;
5)中国体视学会显微分析分会理事
6)中国机械工程学会受聘“材料失效分析专家”


 

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