摘要: 石墨烯具有优异的力学性能、高导热系数和低密度，被公认为金属基复合材料(MMC)的理想增强材料。本文综述了石墨烯增强铝基复合材料的制备方法，归纳了粉末冶金法、搅拌鋳造法及其他多种方法的研究现状。重点讨论了不同制备方法对石墨烯增强铝基复合材料组织和性能的影响。并对石墨烯增强铝基复合材料的工业化应用前景作了展望。

摘要: 我国是铝塑复合材料消费量最大的国家之一，但其回收率却很低。本研究以绿色无污染、高酸性的磷钨酸作为铝塑分离剂，考察了磷钨酸浓度、液固比、分离温度对铝塑分离时间和铝塑损失率的影响。研究结果表明，磷钨酸是一种优异的分离剂，在浓度为0.6 mol/L，液固比为300 L/kg，分离温度为90℃条件下，铝塑完全分离时间为32 min，铝塑损失率为12.9%。开发低挥发性且绿色环保的固体杂多酸有望成为实现铝塑高效分离回收的新型分离剂。

天然纤维复合材料是一种创新的材料技术，与传统的玻璃纤维和碳纤维相比，具有更高的生态友好性和可持续性。近日，全球领先的高性能、天然纤维复合材料制造商Bcomp近日宣布完成了3600万瑞士法郎的C轮融资。这次融资由EGS Beteiligungen AG领投，同时还有RKKVC、Verve Ventures、Zürcher Kantonalbank，Generali以及Airbus Ventures等参投。此次融资将用于加速Bcomp产品的开发和市场推广。

利用Al-La2O3的原位反应和粉末冶金工艺制备出(Al11La3+Al2O3)/Al复合材料。结果表明，高能球磨和高温烧结促进了原位反应，使Al与La2O3充分反应并制备出致密无缺陷的材料。对其微观组织的分析表明，微米Al11La3和纳米Al2O3颗粒均匀分散于基体之中。这种复合材料的室温抗拉强度为328 MPa、延伸率为10.5%，350℃的高温抗拉强度为119 MPa、延伸率为10.2%。与传统Al-Cu-Mg-Ag和Al-Si-Cu-Mg耐热铝合金相比，本文的制备的(Al11La3+Al2O3)/Al复合材料其高温抗拉强度提高了大约20%。这种材料的室温强化机制源于Al11La3和Al2O3的位错强化和载荷传递强化，而高温强化机制则源于Al2O3的晶界钉扎。

用真空热压法制备不同B4C颗粒尺寸(7 μm、14 μm、20 μm)的15%B4C/Al-6.5Zn-2.8Mg-1.7Cu复合材料，研究了增强颗粒尺寸对其微观组织和力学性能的影响。结果表明，在这三种复合材料中B4C颗粒均匀分布，B4C-Al界面反应较为轻微，未见明显的界面反应产物。三种复合材料基体中沉淀相的尺寸基本相同(约为5.5 nm)。B4C颗粒的尺寸对复合材料力学性能有较大的影响。B4C颗粒尺寸为7 μm的复合材料性能最佳，屈服强度为648 MPa，抗拉强度为713 MPa，延伸率为3.3%。随着颗粒尺寸的增大复合材料的强度和延伸率均降低。对三种复合材料的强化机制和断裂机制的分析结果表明：小尺寸B4C颗粒增强的复合材料强度较高，颗粒在变形过程中不易断裂，因此其塑性较好。

用真空压力浸渗法制备了新型三向正交碳纤维增强铝基(CF/Al)复合材料,根据其内部纱线截面形状和机织结构特征建立了考虑界面作用的细观力学有限元模型,并将数值模拟与实验相结合研究了复合材料在经向拉伸载荷作用下的渐进损伤与断裂力学行为。结果表明,铝基复合材料拉伸弹性模量、极限强度与断裂应变的实验结果,分别为120.7 GPa、771.75 MPa和0.83%。数值模拟的计算误差分别为-3.21%、1.75%和-9.63%,宏观应力-应变曲线的计算结果与实验曲线吻合得较好。在经向拉伸载荷作用下复合材料的基体合金与Z向纱之间的界面先发生失效,随着拉伸应变量的增大纱线交织处基体合金的损伤逐渐累积并先后发生Z纱和纬纱的局部开裂失效,在拉伸变形后期基体合金的失效和经纱断裂最终使复合材料失去承载能力。铝基复合材料的拉伸断口呈现出经纱轴向断裂以及纬纱和Z向纱横向开裂的形貌,起主要承载作用的经纱其轴向断口较为平齐且纤维拔出长度较短,复合材料经向拉伸时表现出一定的脆性断裂特征。

选用Nextel610型Al2O3纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体，采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al2O3f/Al)，纤维的体积分数为40%，预热温度分别为500、530、560和600℃，研究了纤维预热温度对Al2O3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高，最大达到99.2%，材料的组织缺陷最少，纤维的分布均匀；随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al2O3纤维的拉伸强度不断降低，纤维预热温度为600℃的复合材料中Al2O3纤维的拉伸强度仅为1150 MPa，纤维表面粗糙，有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al2O3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度，是影响连续Al2O3f/Al复合材料强度的主要因素。

用粉末冶金法制备了分别用Al2O3、SiC颗粒增强的颗粒体积分数为25%的6061Al基复合材料, 在不同温度对其进行固溶-时效热处理, 通过拉伸曲线分析和断口SEM分析研究了增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的影响。结果表明, 低强度Al2O3颗粒不适合用于增强高强度的6061Al基体, 研究了增强颗粒与基体适配性对颗粒增强铝基复合材料强化机制的影响, 发现主要通过影响应力传递机制来影响复合材料性能, 揭示了适配性与增强颗粒开裂、复合材料屈服之间的关系, 得出增强颗粒相对于基体强度越高, 颗粒开裂越少, 并总结了一种表示增强颗粒与基体适配性关系的方法。

在Ti40Zr10Cu36Pd14非晶合金基体中微添加β-Ti相稳定化元素Mo，使体系在凝固过程中原位析出塑性β-Ti相，制备出原位自生β-Ti相增强Ti基非晶复合材料。在这种复合材料的变形过程中塑性β-Ti相阻碍基体中主剪切带的扩展，使其发生偏转和增殖生成多重剪切带，使其室温力学性能显著提高。其中(Ti0.4Zr0.1Cu0.36Pd0.14)95Mo5试样的室温强度达到2630 MPa，塑性应变达到7.3%，比基体分别提高了32.0%和508%。

先用湿法纺丝制备聚醚砜(PES)多孔纤维并进行湿法抄造制备出四种不同面密度的PES多孔纤维网纱(PESV)，用真空辅助树脂灌注成型(VARI)制备出聚醚砜多孔纤维网纱层间增韧碳纤维/环氧复合材料。研究了PES多孔纤维在环氧树脂的溶解行为以及复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性(GIC)和Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)、层间剪切强度和弯曲性能，并分析了复合材料层间断裂的微观形貌。结果表明,固化温度为180℃时，PES多孔纤维完全溶解在环氧树脂中；PESV面密度为31.6 g/m2时CF/EP复合材料的GIC和GⅡC最佳，分别提高了54.4%和62.2%。其原因是，PES多孔纤维在环氧树脂中溶解后相分离形成了PES/环氧树脂的两相结构，改善了层间韧性；PESV面密度为21.9 g/m2时，复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量也分别提高了2.9%、4.0%和7.7%。

研究了等离子体表面改性和等离子体接枝改性碳纤维/环氧树脂基复合材料界面的不均匀性。层间剪切强度(ILSS)测量及其偏差评估的结果表明，在相同等离子体条件下，等离子体表面改性对ILSS的提升率只有8.6%，而等离子体接枝改性的提升率高达37%；但是，接枝改性ILSS的离散程度比较高。扫描电镜、金相显微镜和红外光谱分析的结果进一步表明，接枝改性可通过取代反应将较多的活性基团键接在碳纤维表面从而更容易实现界面提升，但是接枝层的不均匀及其产生的纤维粘连使ILSS的离散程度提高。

以石墨烯和正硅酸乙酯为原料用溶胶-凝胶法制备了Graphene/SiO2纳米复合材料，用球盘式摩擦磨损试验机评价其作为水基润滑添加剂在不同载荷和浓度下的摩擦学性能。用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征了摩擦副的表面形貌和元素特征。结果表明：在15N载荷工况下，Graphene/SiO2纳米复合材料作为添加剂在超纯水中含量为0.2%(质量分数)时具有最佳的摩擦学性能 ，比超纯水的摩擦系数降低了17.9%，钢球磨损率降低了61.7%。基于磨损表面分析提出的润滑机制为：在摩擦过程中，Graphene/SiO2纳米复合材料在磨损表面生成的物理吸附膜、Graphene的层状剪切作用以及SiO2在磨损表面的修复作用和滚珠轴承作用，使超纯水的摩擦学性能提高。

用强度为2 MeV的Si2+离子对C/C-ZrC-SiC复合材料进行室温辐照，使用掠入射X射线衍射、拉曼光谱、透射电子显微分析、扫描电子显微分析和纳米压痕等手段研究了辐照前后C/C-ZrC-SiC复合材料的晶体结构、晶格损伤、微观组织结构、表面形貌及显微力学性能的变化。结果表明：Si2+离子辐照后SiC晶格中产生的应力使晶格膨胀，而ZrC晶格未发生膨胀；辐照后SiC的拉曼峰宽化和偏移在Si-C区域形成新峰，离子辐照诱导ZrC出现的碳空位使其具有拉曼活性，从而出现特征峰；辐照后C/C-ZrC-SiC复合材料的表面形貌没有显著的变化，而ZrC和SiC中碳的原子含量分别提高了37.93%和13.03%；辐照使ZrC中出现大量的间隙缺陷团簇和SiC部分非晶化，且在ZrC与SiC晶粒的交界处出现完全非晶化区域；碳纤维中碳相的ID/IG值与石墨微晶的层面间距增大，热解碳的层状结构被破坏逐渐呈无序化；ZrC、SiC和碳纤维的纳米硬度和弹性模量增大，ZrC的变化最小表明其具有更高的稳定性。

提出在石墨烯/聚合物复合材料内构筑界面氢键结构，利用氢键的动态可逆性和断裂/再生过程中的能量耗散可显著提高复合材料的阻尼性能。对石墨烯和聚(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)进行接枝改性，引入氢键单元从而在石墨烯/SEBS复合材料的界面构筑了多重氢键结构。研究了这种复合材料的循环拉伸以及动态力学性能。结果表明，这种复合材料的弹性模量、滞后损耗、阻尼因子比SEBS分别提高165%、237%和42%。强度和阻尼性能的显著提高，主要归因于复合材料组元间界面氢键的相互作用、高效应力传递、以及氢键可逆断裂/再生过程中显著的能量耗散。

用渗流法制备TiZr基非晶/TC21钛合金双层复合材料，并对其微观组织和力学性能进行深入的研究。结果表明，TiZr基非晶(ZT3, Ti32.8Zr30.2Ni5.3Cu9Be22.7)合金熔体与TC21钛合金之间的界面结合良好且有良好的润湿性。制备温度对双层复合材料的微观结构和力学性能有极大的影响。随着制备温度的提高，界面层的厚度和TC21钛合金的溶解量增加，非晶基体中枝晶相的体积分数增大、晶粒粗化。这种双层复合材料的强度随着温度的提高而降低，在室温下具有良好的弯曲塑性，其弯曲强度达到2177 MPa、动态压缩强度达到1326 MPa。

在碳纤维表面自聚合沉积多巴胺对其改性，制备出碳纤维增强尼龙6复合材料(CF/PA6)。使用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪、傅里叶红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等手段表征碳纤维的表面形貌、粗糙度、润湿性和化学结构，研究聚多巴胺(PDA)沉积时间对复合材料界面力学性能的影响。结果表明：经过改性处理的碳纤维表面被一层均匀的PDA薄膜覆盖，显著提高碳纤维的表面活性、表面粗糙度和化学键能，也极大地提高碳纤维与尼龙6树脂基体之间的界面相容性。PDA沉积16 h的复合材料其界面结合强度最高，层间剪切强度达到31.7 MPa比改性前提高72.3%，弯曲强度达到308.2 MPa比改性前提高56.9%。

用氩气电感耦合射频等离子体(ICP)处理碳纤维的表面，研究了改性碳纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料300℃的界面性能。分别使用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段和测试X光电子能谱(XPS)，研究了氩气等离子体处理时间对连续碳纤维改性前后纤维表面的形貌、粗糙度和化学组分的影响，以及碳纤维增强聚酰亚胺树脂基(CF/PI)复合材料的300℃界面强度的变化规律。结果表明，用氩气等离子体处理7 min(最佳时间)后碳纤维表面的形貌变得粗糙，结构凹凸不平，氧含量从11.43%提高到16.28%，极性官能团-C-O-的含量提高到14.37%。纤维表面浸润性的提高使碳纤维与聚酰亚胺树脂基体300℃的层间剪切强度(ILSS)从76 MPa提高到86.2 MPa。

用高温煅烧、反应合成以及光还原等方法制备新型g-C3N4/Ag/BiOBr复合光催化材料，使用SEM、XRD、EPMA、FT-IR、XPS和UV-vis等手段对其表征，研究了这种复合材料在金卤灯照射下对硝酸盐氮(50 mg/L)的还原效果和氮气选择性。结果表明，使用1 g/L g-C3N4/Ag/BiOBr复合光催化材料，光反应180 min后硝酸盐的去除率为95.2%。用g-C3N4/Ag/BiOBr光催化硝酸盐氮的主要产物中N2的占比最高(为88.0%)，氮气的选择性为92.4%。g-C3N4/Ag/BiOBr催化剂中的Ag能促进对电子的捕捉，BiOBr的光生电子经银单质转移到g-C3N4的价带上形成Z型复合光催化结构。这种复

6种针刺工艺不同的碳纤维增强树脂基复合材料，其面内拉伸强度随着针刺密度和针刺深度的增大而降低，针刺处纤维的断裂使材料内的缺陷失稳扩展和面内纤维断裂，进而使材料整体拉伸失效。根据面内拉伸实验结果和纤维累计损伤理论并引入纤维体积折减系数，建立了分析针刺复合材料面内拉伸强度的理论模型。这个模型的预测结果与实验结果相符，并发现断裂纤维簇的个数与体积折减系数相关。用该模型可预报不同针刺工艺复合材料的面内拉伸强度，并指导设计针刺复合材料的预制体。

设计了三种微观定向结构的Cu-W复合电触头材料,用差异显著的形状因子对其表征,研究了形状因子对其导电性能和力学性能的影响。基于有效介质方程(GEM)和导电通道理论并结合仿真计算,得到不同骨架结构复合材料的电流密度分布及其与形状因子的关系。结果表明,形状因子F越接近1导电通道越容易形成团簇,导电性能越好；基于Mises屈服准则计算力学性能,仿真分析了不同结构复合材料的形变特性,提出其力学性能与形状因子的关系,即随着形状因子圆形度的增大力传导微元的稳定性随之提高；形状因子的圆形度越大,力传导微元越不易发生变形,机械性能越好。根据Cu-W复合电触头材料的导电性能和力学特性,可进一步优化其综合性能。