玻璃纤维复合材料具有非常高的比抗拉强度和低的比模量,而铍具有出色的比模量但比强度低。图中所示的几种单向先进复合材料表现出高比强度和高比模量的平衡特性。但是,如果在结构应用中需要角铺层结构,则复合材料的强度和模量都会大幅降低,如图中 020 + 450 硼/环氧树脂所示。因此,如果将这些材料用于承受单向力的结构元件,则可以最大限度地发挥先进复合材料的优势。
• 关键材料选择标准包括比刚度、比强度、耐腐蚀性、抗断裂和疲劳性、4 K ≤ T ≤ 675 K 温度范围内的热膨胀系数和热导率,以及易于制造。
现在对常见的层压板类型(如正交层压板和准各向同性层压板)进行比较。图 1.2 显示了各种纤维、金属和复合材料的比强度与比模量的关系图。
除了传统的热锻以外,更现代的成形技术也变得越来越重要,如今它们已成为非常经济的制造工艺,特别是由于近净成形或精密温成形节省了成本。精密锻件主要用于飞机、发电设备、管材部件和汽车的关键部件,这些部件对表面质量和安全性有很高的要求。钛和钛合金如今广泛应用于航空航天和医疗领域。由于钛具有较高的比强度,因此使用钛可以显著减轻重量。另一个优点是热稳定性高和耐腐蚀性好。
研究背景:轻质复合材料由于其高比强度、模量和能量吸收率,在航空航天、汽车和能源领域得到越来越广泛的应用。特别是,轻质复合材料可以使未来的车辆和风力涡轮机叶片更轻、更耐损伤,这对于实现净零排放目标至关重要。多相材料的协同作用通常会导致复合材料表现出独特的行为,优于传统材料。我们的目标是通过结合实验、分析和数值方法来揭示复合材料的变形和失效机制。这不仅可以解决一些基本的科学问题,还可以加速新型复合材料的发现和开发。
钛在地壳中的含量约为0.63%,居所有元素的第10位,含量仅次于铝、铁、镁等金属元素,铁、镁居第10位;钛合金密度小,比强度高(抗拉强度与密度之比),工作范围宽(-253℃~600℃),耐腐蚀熔点优良;钛合金化学活性很大,易与氢、氧、氮发生反应,冶炼加工困难,加工成本高。钛合金还具有导热性差(仅为铁的1/5、铝的1/15)、变形系数小、摩擦系数大等特点,被广泛应用于飞机机身、燃气轮机、石油化工、汽车工业、医疗等领域的重要零部件。
轻质材料因其众多优势(包括耐腐蚀性、出色的成形性和高比强度)已成为电动汽车 (EV) 制造的重点。除了提高性能外,这些材料还有助于减少对环境的影响,因为它们具有高度的可回收性。本文全面概述了轻质金属及其合金在汽车工业中的特性、制造方法和应用。它还对各种轻质材料进行了比较分析,强调了它们的相对优势和局限性。通过整合科学知识和行业见解,本综述旨在指导汽车行业和科学界推进轻质合金在电动汽车中的使用,为开发更可持续、更高效的汽车做出贡献。
绝热、可定制的比强度、出色的冲击能量吸收和缓冲性能,而且结构重量很轻。通过调整基础材料特性和细胞结构,可以定制这些结构的宏观(体积)行为,这使得细胞固体广泛应用于汽车、航空航天、体育、生物力学和包装行业。已确定细胞固体的密度、承载、能量吸收、声学和热特性在很大程度上取决于其细胞结构的几何形状、连通性和结构。细胞固体中特性结构性能的相互依赖性导致开发出各种类型的随机或无序(泡沫)和周期性或有序(晶格)结构,这些结构具有可定制和特定于应用的特性。然而从实际角度来看,在设计和开发多孔固体时,特别是对于结构的承载能力至关重要的用途,一个常见的缺点是在比强度和能量吸收性能之间进行权衡。 [1] 研究表明,增加多孔固体的细胞壁厚度通常会导致更高的强度和更低的能量吸收能力。相反,可以通过减少细胞壁厚度(以强度和刚度为代价)来提高比能量吸收(以重量为标准的吸收应变能量)。在解决多孔固体的强度能量吸收二分法方面已经取得了重大进展。例如,膨胀结构的开发为一种新型多孔结构打开了大门,这种结构在抗变形和压痕性能的改善、增强的承载和断裂性能以及增强的冲击能量缓解性能方面优于传统结构。 [2 – 4] 事实证明,膨胀结构前景广阔,尤其是在体育应用中,可用作具有可调性能的轻质防护垫。[5] 然而,尽管它们有可能为提高强度和缓冲性能提供途径,但仍需要克服一些困难,并呼吁在这一领域进一步发展。例如,膨胀结构(尤其是膨胀泡沫)的加工和制造并不适用于所有聚合物系统,需要精确且通常成本高昂的加工技术。[2,6]
摘要 石墨烯气凝胶纤维(GAF)兼具石墨烯的轻质、高比强度和导电性等优点,在多功能可穿戴纺织品中展现出巨大潜力。然而,GAF 纺织品的结构稳定性低,大大限制了其制备和应用。本文报道了一种塑性膨胀法制备高性能、多功能 GAF 纺织品。GAF 纺织品是通过塑性膨胀、预织氧化石墨烯纤维(GOF)丝束纺织品实现的。这种近固体的塑性膨胀工艺使纺织品中的 GAF 保持较高的结构有序性和可控的密度,在密度为 0.4 g cm −3 时表现出高达 103 MPa 的高拉伸强度和高达 1.06×10 4 S m −1 的电导率。GAF 纺织品表现出 113 MPa 的高强度、多种电学和热功能以及高孔隙率,可作为更多功能客体的主体材料。塑性膨胀为制造各种气凝胶纤维纺织品提供了一种通用策略,为其实际应用铺平了道路。
开发轻质结构金属以降低汽车总体能耗,进而减少废气排放,被认为是一项非常重要的突破。在这方面,镁 (Mg) 凭借其低密度和高比强度发挥着非常重要的作用 [1,2]。不幸的是,Mg 的广泛应用受到限制,因为其在室温下的延展性有限,这可以归因于六方密排 (hcp) 结构无法适应晶体 <c> 方向的塑性变形。基底和非基底滑移系统的临界分辨剪应力 (CRSS) 差异很大,导致在非基底滑移被激活之前就出现了裂纹 [3,4]。这促使研究人员开发基于原子流动机制的高性能镁合金设计策略,其中特定溶质的添加可导致第一本征堆垛层错能 (I 1 SFE) 降低 [5]、延迟金字塔到基底的转变 (PB 转变) [6] 或增强金字塔 II 位错的交叉滑移 [7]。此外,已经确定,通过改变微观结构和通过预/后热机械处理导致的再结晶行为削弱基底织构,可以提高镁合金的性能。Dong 等人 [8] 报道了削弱