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“湿热”老化对复合材料胶补金属裂损结构力学特性的影响
王跃, 赵书平, 羊军, 李慧, 祝东明
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000126
[摘要](119) [HTML全文](52) [PDF 822KB](6)
摘要:
通过玻璃纤维复合材料补片对含穿透双边裂纹的铝合金板进行单面胶接修补,测试修补试件“湿热”(加温浸泡)老化实验前后力学性能,并与未修补试件进行对比,分析老化前后修补结构的破坏模式、失效机理,评估“湿热”老化对修补结构疲劳裂纹扩展寿命和承载能力的影响。结果表明:“湿热”老化降低了复合材料补片削弱疲劳裂纹之间干涉效果的能力,老化试件从裂纹的扩展长度小于未老化试件的;距离补片越近,沿金属板厚度方向疲劳裂纹扩展速率越慢,老化后复合材料补片减缓沿金属板厚度方向疲劳裂纹扩展速率的作用下降;老化严重削弱了修补结构承载能力恢复率和疲劳裂纹扩展寿命,老化试件的承载能力恢复率下降为未老化试件的45%,疲劳裂纹扩展安全寿命下降为未老化试件的63.7%;老化降低了胶层与金属之间的粘合力,造成了复合材料补片的提前脱落,胶层的破坏模式由内聚破坏转变为界面破坏。
锂氟化碳电池用新型高比容量复合正极材料
彭思侃, 王晨, 王楠, 燕绍九
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000028
[摘要](77) [HTML全文](25) [PDF 782KB](2)
摘要:
采用提高正极材料比容量以改善大电流放电性能的思路,设计新型高比容量复合正极材料,并通过研磨分散结合融化扩散热处理方法制备氟化碳-硫复合正极材料。电化学测试分析表明新型复合材料可以实现同步改善容量和大电流放电性能,同时具有二次可逆循环充放电能力。研究结果表明:氟化碳-硫复合正极材料的能量密度和功率密度性能具有突出优势,在不同电流密度下均可实现显著的提升,相比纯氟化碳材料的能量密度和功率密度最高可分别提升433%和10.7%。
复合材料雷击防护电热耦合模型
卢翔, 赵淼, 单泽众, 罗名俊
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000007
[摘要](131) [HTML全文](60) [PDF 1512KB](3)
摘要:
为了研究复合材料雷击防护(lightning strike protection,LSP)系统在雷电流作用下的损伤规律,基于雷击过程中的能量守恒关系,建立复合材料层合板雷击防护的电-热耦合数学模型。在此基础上,在ABAQUS中建立铝涂层防护的碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板雷击烧蚀损伤有限元模型,并对雷击烧蚀损伤进行分析,和实验结果对比验证仿真的有效性,得出复合材料层合板在不同峰值雷电流、不同组合波形和不同铝涂层厚度雷电流作用下的烧蚀损伤规律。结果表明:铝涂层厚度相同时,峰值电流从50 kA增大到100 kA时,复合材料层合板损伤面积约增大1.5倍;10/350波形50 kA峰值雷电流作用下,基准件的损伤面积约为0.05 mm厚度铝涂层防护系统下复合材料损伤面积的4倍。
基于RBF神经网络的2024铝合金酸性盐雾腐蚀实验预测
贾宝惠, 方艺斌, 王毅强
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000114
[摘要](47) [HTML全文](6) [PDF 994KB](0)
摘要:
选用飞机结构材料2024铝合金进行不同条件下的酸性盐雾实验,设定盐雾实验的pH值分别为2、3、5,盐雾浓度分别为25 g/L、50 g/L、75 g/L,腐蚀时间分别为24 h、48 h、72 h。将径向基函数神经网络(radial basis function neural networks,RBF)与正交实验设计相结合,选取不同的实验条件组作为神经网络的学习样本集,并通过极差分析对正交实验结果进行分析。结果表明:采用RBF与正交实验设计相结合的方法,能够较准确地预测任意实验条件下的腐蚀速率,减少实验次数,提高预测精度;把正交组和顶点补充组同时作为学习样本集的预测结果要优于单单只有正交组作为学习样本集的预测结果。极差分析结果表明,对2024铝合金单位面积的质量损耗影响最大的因素是溶液的pH值,其次是盐雾浓度,腐蚀时间的影响最小。
CNTs泡沫相变复合材料:纳米孔隙的构筑与相变材料的包裹
孙伟, 周国相
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000032
[摘要](64) [HTML全文](22) [PDF 1073KB](2)
摘要:
热能是一种广泛存在并极具应用前景的能源,但目前储热材料的能量转换时间较长,储热效率较低,亟需一种高性能的新型储热材料。本工作通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)方法利用碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)构筑宏观体材料,在微纳尺度下对复合材料结构进行优化,合成孔隙结构可控的CNTs泡沫,利用毛细管作用力将熔融相变材料硬脂酸和石蜡填充到CNTs泡沫中,形成分散均匀的CNTs相变复合材料。用聚焦离子/电子双束显微电镜(FIB/SEM)观察样品形貌,用差式扫描量热计(DSC)分析样品潜热,用X射线衍射仪(XRD)分析样品晶体结构,用拉伸试验机测试样品强度。结果表明:CNTs泡沫对相变材料具有优异的包裹性,减少了在相变循环中相变材料的流失;复合相变材料具有较高的潜热。
聚合物固态电解质在锂硫电池中的应用
王晨, 彭思侃, 王楠, 燕绍九
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000027
[摘要](52) [HTML全文](9) [PDF 1265KB](0)
摘要:
采用微观和宏观包覆两种方式制备聚合物固态电解质包覆的硫@碳纤维复合固态电极,利用扫描电镜、元素分析和电化学测试表征电极的微观形貌,研究相应锂硫电池的电池性能。结果表明:微观的聚合物固态电解质包覆活性材料的电极结构有利于离子传输;电极表面宏观构建一层聚合物固态电解质薄膜有助于改善电极的循环稳定性,抑制穿梭效应;利用膜电极结构组装的全固态锂硫电池具有良好的循环性能,循环270次后库仑效率仍保持98%以上。
聚合物先驱体转化法制备多孔陶瓷的研究进展
涂建勇, 穆阳阳, 许海龙, 殷小玮, 成来飞
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000097
[摘要](129) [HTML全文](33) [PDF 2045KB](4)
摘要:
聚合物转化陶瓷(polymer derived ceramics,PDCs)制备技术简单,烧结温度低,可设计性强,40年来得到了极大的发展。本文综述了多孔PDCs的研究进展,包括模板法、发泡法、冷冻铸造技术、增材制造技术等制备方法;此外,还对陶瓷前驱体如聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷等的分子侧链设计以调整陶瓷产物的组成、微结构、机械性能等的研究现状进行了综述;提出未来发展的方向是增材制造技术制备多孔PDCs及陶瓷前驱体分子层面的设计。
热等静压及热挤压对喷射成形GH738合金显微组织的影响
王悦, 许文勇, 刘娜, 袁华, 郑亮, 李周, 张国庆
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000004
[摘要](49) [HTML全文](7) [PDF 1286KB](0)
摘要:
采用喷射成形工艺制备大尺寸(ϕ300 mm)GH738合金锭坯,对锭坯进行热等静压,热等静压后进行不同温度的热挤压,利用XRD、SEM、TEM、EBSD和相分析方法,研究热等静压和热挤压对喷射成形GH738合金锭坯显微缺陷、碳氮化物、γ/γ′相演变的影响。结果表明:热等静压对沉积坯中的显微疏松具有焊合作用;热挤压过程中GH738合金再结晶组织主要受形变温度和应力-应变状态影响;热等静压态合金中碳氮化物主要沿晶界连续分布,热挤压后碳氮化物转变为沿挤压方向条带状分布;不同热工艺条件下合金γ′相的组成结构、质量分数及形貌尺寸分布主要受合金经历的温度场以及冷却条件影响。
基于振动台的TA11钛合金超高频疲劳实验和验证
许巍, 赵延广, 钟斌, 杨宪峰, 陶春虎
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000009
[摘要](53) [HTML全文](6) [PDF 810KB](4)
摘要:
提出一种利用电动振动台开展材料超高频疲劳实验的方法。采用TA11钛合金板材,在有限元计算的基础上设计出超高频疲劳试样,测试过程中的实际加载频率达到1756 Hz,同时在相同的应力水平下对该超高频试样和标准试样开展振动疲劳测试,对测试结果数据的一致性进行统计检验。结果表明:在相同应力条件下,本研究提出的超高频疲劳试样和标准振动疲劳的实验结果吻合较好。将本研究结果与同种材料的轴向高周疲劳和旋弯疲劳测试结果进行对比,一致性同样良好。
一种第四代单晶高温合金不同温度的拉伸性能各向异性
史振学, 刘世忠, 李嘉荣
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019-000001
[摘要](24) [HTML全文](14) [PDF 1908KB](5)
摘要:
采用籽晶法在定向凝固炉中制备了一种第四代单晶[001],[011]和[111]取向的高温合金,分别在23 ℃,800 ℃和980 ℃研究了不同取向的拉伸性能,利用光学显微镜、扫描电镜研究不同取向、不同温度的合金组织、断口形貌和断裂组织。结果表明:不同取向合金在垂直于晶体生长方向的截面上具有明显不同的铸态枝晶和热处理组织形貌。不同温度合金的屈服强度和抗拉强度按[111]、[001]、[011]取向的顺序降低。合金的伸长率与断面收缩率在23 ℃和980 ℃时[011]取向最大,而800 ℃时[111]取向最大。23 ℃和800 ℃不同取向合金拉伸为类解理断裂,980 ℃ [001]、[111]合金拉伸为韧窝断裂,而[011]取向合金拉伸为类解理和韧窝混合断裂。拉伸断裂后,23 ℃和800 ℃时不同取向合金的γ′相仍为立方体形状,980 ℃时 [001]取向合金γ′相沿应力方向变长,[111]取向合金的γ′相变成平行四边形,而[011]取向合金的γ′相被单一密集滑移带剪切。
循环湿热老化对T700/TDE86碳纤维复合材料层间断裂韧度的影响
徐凯龙, 刘璐璐, 赵振华, 双超, 陈伟
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000072
[摘要](95) [HTML全文](32) [PDF 1831KB](3)
摘要:
对T700/TDE86碳纤维增强树脂基复合材料进行加速循环湿热老化实验,研究不同循环湿热老化天数对Ⅰ型张开以及Ⅱ型滑移两种层间断裂韧度的影响。结果表明:循环湿热老化之后的复合材料Ⅰ型层间断裂韧度出现明显的R曲线,且随着循环湿热老化天数的增加,裂纹初始扩展能量释放率(GIC,init)与裂纹稳态扩展能量释放率(GIC,prop)都获得了大幅提升;复合材料Ⅱ型层间断裂韧度随着循环湿热老化天数的增加,呈现阶梯状下降的趋势,而且在循环湿热老化前期,下降幅度最大,为21.68%。
聚合物固态电解质在锂硫电池中的应用
王晨, 彭思侃, 王楠, 燕绍九
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000027
[摘要](4) [PDF 1265KB](0)
摘要:
采用微观和宏观包覆两种方式制备聚合物固态电解质包覆的硫@碳纤维复合固态电极,利用扫描电镜、元素分析和电化学测试表征电极的微观形貌,研究相应锂硫电池的电池性能。结果表明:微观的聚合物固态电解质包覆活性材料的电极结构有利于离子传输;电极表面宏观构建一层聚合物固态电解质薄膜有助于改善电极的循环稳定性,抑制穿梭效应;利用膜电极结构组装的全固态锂硫电池具有良好的循环性能,循环270圈后库伦效率仍保持98%以上。

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2019-03目录
2019, 39(3): 0 -0  
[摘要](194) [HTML全文](140) [PDF 1007KB](12)
摘要:
化学气相沉积法制备吸波型SiCN陶瓷的研究进展
穆阳阳, 涂建勇, 薛继梅, 叶昉, 成来飞
2019, 39(3): 1 -9   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000132
[摘要](376) [HTML全文](193) [PDF 2126KB](26)
摘要:
化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术,具有制备温度低、所得材料均匀致密、可实现近尺寸成型等优点,是制备功能材料的常用方法之一。本文综述了几种常见的CVD方法,如常压化学气相沉积(atmospheric pressure chemical vapor deposition,APCVD)、低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)以及激光辅助化学气相沉积(laser assisted chemical vapor deposition,LACVD);重点阐述了采用LPCVD在较低温度下制备SiCN陶瓷吸波剂的工艺参数,提出了LPCVD是制备新型吸波陶瓷的主要方法。
笼型倍半硅氧烷(POSS)的官能化、杂化以及在改性环氧树脂中应用研究进展
杨胜, 陈珂龙, 王智勇, 张桐, 崔溢
2019, 39(3): 10 -24   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000010
[摘要](111) [HTML全文](66) [PDF 1095KB](8)
摘要:
笼型倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane,POSS)具有独特的结构和良好的耐热性,对POSS进行官能化后可得到高性能的新型有机-无机杂化材料,在很多领域具有潜在应用价值。本文综述了POSS的合成、官能化的相关问题。POSS的种类很多应用范围广泛,但是价格相对昂贵,限制了POSS在许多领域内的发展规模;POSS可作为环氧树脂的改性剂,具有明显的增强、增韧效果,并显著提高固化环氧树脂的耐热性能,但是由于POSS的纳米尺寸效应,导致其在树脂中的添加量有限。未来随着POSS合成成本的降低、改性树脂手段的不断进步,POSS在热固性树脂改性领域应用范围必将不断扩大。
单晶高温合金弹性模量和泊松比测试方法的现状分析
赵澎涛, 于慧臣, 何玉怀
2019, 39(3): 25 -34   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000019
[摘要](127) [HTML全文](68) [PDF 721KB](15)
摘要:
针对单晶高温合金等材料弹性常数表现出的各向异性特点,归纳了现有用于单晶高温合金弹性模量和泊松比的两种主要测试方法:静态法和动态法。分析单晶高温合金弹性模量和泊松比的国内外研究现状,总结目前国内外研究中存在的主要问题及可行的解决途径,并指出:单晶高温合金弹性模量和泊松比测试缺乏专门的测试标准;相比国外,国内在测试与表征技术研究方面还存在明显的差距,工程应用中往往忽视晶体取向对弹性模量和泊松比的影响,因此有必要针对现有的测试标准和方法对测量单晶高温合金弹性常数的误差影响进行评估,制定适用于单晶高温合金的测试标准。同时,详细阐述在考虑晶体取向的影响下,通过对晶体取向指数与弹性模量的线性回归分析,建立单晶高温合金DD6材料弹性模量和泊松比与晶体取向的定量关系的过程。
形状记忆合金薄板低速冲击载荷下热力耦合行为分析
任旋畅, 王骏, 许英杰, 张卫红
2019, 39(3): 35 -43   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000136
[摘要](178) [HTML全文](102) [PDF 1389KB](16)
摘要:
进行形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)薄板不同冲击能量条件下低速冲击实验,以SMA热力学本构模型为理论基础,通过数值手段对超弹性SMA薄板的冲击响应进行仿真分析,探究冲击载荷作用下SMA热力耦合行为特征。结果表明:数值仿真结果与实验数据吻合良好,有效表征了SMA薄板冲击过程中的变形、相变、耗散、温变等热力耦合行为特征。
TB17钛合金高温压缩变形行为
朱鸿昌, 罗军明, 朱知寿
2019, 39(3): 44 -52   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000103
[摘要](167) [HTML全文](117) [PDF 1744KB](23)
摘要:
通过Gleeble 3800热模拟试验机对TB17钛合金在变形温度860~980 ℃、应变速率为0.001~1 s–1、最大变形量为70%下高温变形行为进行研究。通过材料参数与真应变之间的关系,利用Arrhenious本构方程关系式和Z参数建立流变应力和变形温度、应变速率和真应变三者之间的本构关系,并对组织进行分析。结果表明:TB17钛合金在应变速率为0.001~0.01 s–1、变形温度为890~980 ℃下更容易发生连续动态再结晶,而在应变速率为0.1~1 s–1下主要发生不连续动态再结晶;误差分析结果显示计算值与实测值平均相对误差为6%,说明建立的本构关系模型具有较高的准确度。
浇注系统对离心铸造TiAl合金杆形件缩孔缺陷的影响
胡海涛, 张熹雯, 朱春雷, 李胜, 张继
2019, 39(3): 53 -61   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000106
[摘要](165) [HTML全文](106) [PDF 997KB](14)
摘要:
采用数值模拟方法研究杆形件直径和补缩冒口结构对离心铸造TiAl合金杆形件缩孔缺陷的影响,并根据充型和凝固温度场对影响的原因进行分析。结果表明:杆形件直径由16 mm增加到20 mm,并进一步设计成入口处直径20 mm、远端直径16 mm的锥形,杆形件补缩通道被阻塞的趋势逐渐减小,用于补缩的金属液温度提高,凝固时间逐渐增长,因而补缩效果提高,杆形件缩孔缺陷水平逐渐降低;基于杆形件的锥形设计,相比无补缩冒口的杆形件,增加环形补缩冒口,充型时金属液顺序凝固趋势减弱,凝固时用于补缩的金属液温度降低,凝固时间缩短,因而补缩效果降低,缩孔缺陷水平略有提高;增加锥形补缩冒口,充型时金属液顺序凝固趋势增强,凝固时用于补缩的金属液温度提高,凝固时间增长,因而补缩效果提高,缩孔缺陷水平降低。优选最佳设计进行了浇注实验,杆形件剖面最大缺陷孔隙率平均值与模拟实验的结果基本一致。
固溶温度对含铪高钨K416B镍基高温合金组织的影响
侯桂臣, 苏海军, 谢君, 荀淑玲, 于金江, 孙晓峰, 周亦胄
2019, 39(3): 62 -68   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000086
[摘要](158) [HTML全文](110) [PDF 4760KB](24)
摘要:
通过对含铪高钨K416B镍基高温合金进行不同温度固溶处理后的组织形貌观察,研究固溶温度对K416B合金组织的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,在合金元素的扩散作用下,合金中的二次枝晶尺寸略有增大,使枝晶间的共晶含量逐渐减少,促使合金组织致密化;同时合金中的γ′相发生溶解,使其尺寸减小;在高温固溶处理期间,枝晶间区域的初生条状MC相发生分解形成粒状M6C碳化物;而共晶处的大尺寸块状M6C相形态与数量无明显变化;固溶处理使偏聚于枝晶干的元素W向枝晶间扩散,而Hf、Nb、Ti和Cr元素向枝晶干扩散,大幅降低合金各元素的偏析程度。组织研究结果表明,1220 ℃保温4 h为合金组织状态最佳的固溶热处理工艺。
新型含甲基苯基硅芳醚芳炔树脂的制备与性能
牛奇, 唐均坤, 李传, 骆佳伟, 刘晓天, 袁荞龙, 黄发荣
2019, 39(3): 69 -74   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000013
[摘要](156) [HTML全文](108) [PDF 821KB](10)
摘要:
以1,4-二(4’-乙炔苯氧基)苯与甲基苯基二氯硅烷为原料,通过格氏反应合成具有二苯醚结构的含甲基苯基硅芳醚芳炔(PSEA-P2)树脂,进而制备其碳纤维增强复合材料。通过核磁共振(1H-NMR)、红外光谱(FT-IR)、差热分析(DSC)、热重分析(TGA)、动态热机械分析(DMA)等分析手段对树脂及其复合材料的结构与性能进行表征。结果表明:PSEA-P2树脂加工窗口为110~175 ℃,适合复合材料模压成型;树脂浇铸体具有优良的力学强度和耐热性能,在室温~450 ℃未出现玻璃化转变,弯曲强度可达54.3 MPa,氮气下热分解温度Td5达到531 ℃;T300碳纤维增强复合材料室温下弯曲强度可达518.0 MPa,400 ℃下弯曲强度保留率为53%。
BAS粘接碳化硅材料的性能
杨小波, 孙志强, 张冰清, 苗镇江, 王华栋, 吕毅
2019, 39(3): 75 -80   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000137
[摘要](109) [HTML全文](78) [PDF 12291KB](6)
摘要:
采用原位生成钡长石为烧结助剂,研究BAS/SiC复相陶瓷的低温无压液相烧结工艺,制备高致密度的陶瓷材料。通过XRD、SEM及力学试验机等研究烧结温度、BAS含量对复相碳化硅陶瓷的致密化、组织结构及力学性能的影响。结果表明:在1800 ℃温度下原位生成了BAS相,运用无压液相烧结法制备出了密度达到3.2 g/cm3的BAS/SiC复相陶瓷;陶瓷中BAS以六方结构析出、SiC颗粒均匀分布;烧结温度不宜超过1800 ℃,温度过高将促使碳化硅颗粒长大,损伤陶瓷材料抗弯强度和断裂韧度;当复相BAS/SiC陶瓷中BAS质量分数为30%时,弯曲强度达到413 MPa,模量达到210 GPa,断裂韧度达到5.03 MPa•m1/2
双马来酰亚胺/聚醚砜复相树脂相结构与热性能
董慧民, 安学锋, 闫丽, 钱黄海, 程丽君, 刘丽萍, 李跃腾
2019, 39(3): 81 -87   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000092
[摘要](299) [HTML全文](148) [PDF 1083KB](23)
摘要:
利用SEM、DMA和TGA研究双马来酰亚胺(BMI)/聚醚砜(PES)复相树脂微观相结构对热性能的影响。结果显示:BMI/PES复相树脂体系发生了相分离现象,当PES添加量达到15 phr时,复相树脂体系中产生了相反转结构,富BMI颗粒相被富PES相紧密包裹;相比于纯BMI树脂,BMI/PES复相树脂中归属于富BMI相的玻璃化转变温度Tg 升高;BMI/PES-5复相树脂中只有一个Tg,其起始模量降低对应的温度升高;随着PES添加量增大,BMI/PES复相树脂高温塑性行为更加明显;由于PES与BMI间良好的界面作用及富PES相的热防护作用,BMI/PES复相树脂的最大热失重温度和残炭率均得到显著增大;树脂体系在氮气氛围中的耐热性要优于空气氛围。
国产T800级碳纤维/环氧树脂复合材料湿热性能
隋晓东, 熊舒, 朱亮, 李烨, 李娜
2019, 39(3): 88 -93   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000138
[摘要](99) [HTML全文](54) [PDF 837KB](12)
摘要:
采用扫描电镜、红外图谱分析三种国产T800级碳纤维的物理形貌以及表面上浆剂的化学结构。针对三种国产T800级碳纤维(CCF800)/环氧树脂复合材料在湿热环境下的吸湿行为,研究经不同时间湿热和高温环境下处理后的层间剪切性能,并通过扫描电镜观察湿热处理后的复合材料界面结合状态。结果表明:三种国产T800级碳纤维表面物理形貌相同,而表面化学结构存在一定差异;三种碳纤维环氧复合材料的“饱和”吸湿周期相同,约为54 d,95%饱和吸湿周期也相同,约为30 d;而饱和吸湿量存在明显差异,其中3号纤维上浆剂中由于羟基含量最高,导致其环氧树脂基复合材料吸湿率最高,在高温高湿作用下,层间剪切强度下降最为明显。
含超材料的新型蜂窝夹层结构吸波复合材料
礼嵩明, 吴思保, 王甲富, 鹿海军, 邢丽英
2019, 39(3): 94 -99   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000052
[摘要](114) [HTML全文](78) [PDF 1155KB](8)
摘要:
研究含超材料的新型蜂窝夹层结构复合材料的宽频吸波性能,分析吸波蜂窝高度和蜂窝介电性能对含超材料新型蜂窝夹层结构吸波复合材料吸波性能的影响规律。结果表明:吸波蜂窝高度增加有利于提升超材料结构单元的吸收效果;超材料吸波结构与吸波蜂窝的匹配效果随着吸波蜂窝介电性能的提升,先提高后降低,当吸波蜂窝介电常数实部介于1.59~1.84、介电常数虚部介于1.31~1.75时,匹配效果最好;引入超材料结构单元后,含超材料新型蜂窝夹层结构复合材料低频1~2 GHz频率范围的平均吸波性能显著提升,同时材料重量得到大幅度降低。
4D打印的研究进展及应用展望
王亚男, 王芳辉, 汪中明, 刘建军, 朱红
[摘要](881) [HTML全文](399) [PDF 2468KB](86)
摘要:
4D打印技术为基于3D打印技术和智能材料的一种新兴的制造技术,是3D打印结构在形状、性质和功能方面的有针对性的演变。4D打印技术能够实现材料的自组装、多功能和自我修复,是一种具有可预测功能的材料制备技术。4D打印技术可以实现材料特定性质的改变,从而使其满足各个领域中的应用需求。本文按照时间顺序对4D打印技术的研究进行了综述,总结了在这一技术在材料科学、制造产业、生物工程及医学等领域中的突出成果以及创新性技术。结合4D打印技术的概念及研究现状,对其在各个领域中的应用进行了展望。
碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展
马晓康, 殷小玮, 范晓孟, 成来飞, 张立同
[摘要](694) [HTML全文](403) [PDF 786KB](64)
摘要:
为满足高推重比航空发动机在长时热力氧化环境下的使用需求和航空发动机关键热结构部件的隐身需求,碳化硅陶瓷基复合材料正朝着自愈合抗氧化、兼具承载和吸波性能的结构吸波一体化发展。本文分别介绍了碳化硅陶瓷基复合材料在强韧化、自愈合抗氧化、电磁波吸收三方面的设计原则,综述了在这三方面的研究现状。一种材料同时具有高强度高韧性、自愈合抗氧化和吸收电磁波三方面的性质将是结构功能一体化CMC-SiC未来发展的大趋势。
新型热障涂层陶瓷隔热层材料
薛召露, 郭洪波, 宫声凯, 徐惠彬
[摘要](678) [HTML全文](317) [PDF 2249KB](50)
摘要:
热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)是先进燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术,已经在航空发动机和地面燃气轮机上获得成功应用的热障涂层陶瓷隔热层材料为氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)。由于受高温稳定性、隔热性能等的局限,YSZ已不能满足下一代航空发动机的发展要求。本文介绍了近年来国内外在多元氧化物掺杂氧化锆、A2B2O7型烧绿石或萤石化合物、磁铅石型六铝酸盐化合物、石榴石型化合物、钙钛矿结构化合物和其他新型氧化物陶瓷等先进超高温热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,并展望了今后超高温热障涂层陶瓷材料所面临的挑战和发展动向。
激光冲击在材料成形领域的应用
杨丰槐, 卢国鑫, 杨青天, 张永康
[摘要](619) [HTML全文](290) [PDF 1046KB](44)
摘要:
激光冲击是一种先进的金属材料表面强化技术,显著的强化效果在多种不同金属材料上得到实际验证和普遍认可。为防止激光冲击对精密零部件尺寸产生影响或合理利用激光冲击诱导金属材料的塑性变形以实现成形目的,有必要对激光冲击作用下的材料变形准则进行深入研究。本文分析了激光冲击诱导不同材料的变形规律,基于应力梯度与冲击弯曲等变形机制解释了激光冲击在变形现象中的局限性,提出激光冲击引发材料变形基础研究的必要性,进而总结了激光参数以及冲击方式、约束方式等多因素对激光冲击变形的影响规律,证实多参数调整与优化对控制激光冲击变形量的重要作用。分析了数值仿真方法在激光冲击变形技术研究中的优势,同时提出建立适应高应变率变形的材料本构模型以及完善激光等离子体形成过程模拟。通过激光冲击校形工艺的介绍对激光冲击变形规律在先进制造业中的发展进行展望,并提出了零部件激光冲击校形及其变形量在线监测的研究方向。
3D打印材料应用和研究现状
王延庆, 沈竞兴, 吴海全
[摘要](773) [HTML全文](293) [PDF 705KB](38)
摘要:
综述了3D打印领域内六种典型3D打印工艺各自所用的3D打印材料,从物理形态上主要包含液态光敏树脂材料、薄材(纸张、塑料膜)、低熔点丝材和粉末材料四种;从成分上则几乎涵盖了目前生产生活中的各类材料包括塑料、树脂、蜡等高分子材料,金属和合金材料,陶瓷材料等。立体光刻(Stereo Lithigraphy Apparatus,SLA)工艺的材料为感光性的液态树脂,即光敏树脂;叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)工艺的材料为纸张、塑料膜等薄材;熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)工艺的材料主要为便于熔融的低熔点丝状材料,主要为蜡丝、聚烯烃树脂丝、聚酰胺丝、ABS塑料丝等高分子材料;选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)的材料是各类粉末,包括尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉(打印后常须进行再烧结及渗铜处理)、覆蜡陶瓷粉、覆蜡金属粉以及覆裹热凝树脂细沙等;选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺使用与SLS一样的粉末材料,不仅具有SLS优点,而且成型件致密度更高,力学性能更好;三维打印与胶粘(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)工艺的材料同样为粉末材料,但这些粉末是通过喷头喷涂黏结剂被黏结在一起,同时将零件的截面"印刷"在材料粉末上面,类似于纸张彩色打印,可通过设置三原色黏结剂及喷头系统,实现彩色立体打印。对3D打印材料质量和产量的发展方向也进行了分析和展望。
Mo含量对IN718合金组织和力学性能的影响
韩大尉, 孙文儒, 于连旭, 刘芳, 张滨, 胡壮麒
[摘要](591) [HTML全文](326) [PDF 1652KB](36)
摘要:
采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜及能谱分析等手段,研究Mo对IN718合金组织和力学性能的影响。结果表明:Mo抑制晶界δ相析出,当Mo含量高于5.50%时,晶界上不再析出δ相,转而析出白色颗粒状Laves相,Mo含量升高,Laves相析出数量增加;Mo对晶内强化相析出类型无影响,Mo含量升高,盘状γ″相和球状γ′相析出数量无明显变化,但析出尺寸明显减小;经过标准热处理后,Mo略微降低IN718合金的室温抗拉强度和680 ℃屈服强度,但可大幅提高合金680 ℃/725 MPa持久寿命;Mo对合金的持久塑性无明显影响。
C/C复合材料预制体的研究进展
孙乐, 王成, 李晓飞, 李恒, 叶梦苑, 安冲
[摘要](585) [HTML全文](245) [PDF 2712KB](35)
摘要:
C/C复合材料是航空航天领域重要的热结构材料,碳纤维预制体是其最主要的基础技术之一,决定着C/C复合材料的各项性能。本文主要介绍了针刺毡、细编穿刺预制体和轴棒编织预制体等C/C预制体,对比了不同预制体的工艺方法、性能和应用特点。针刺毡预制体由于成本低、烧蚀均匀等特点,广泛应用在固体火箭发动机喷管和飞机刹车盘领域;细编穿刺预制体具有纤维体积含量高、致密化周期短和烧蚀率低等特点,应用在固体火箭发动机喉衬;轴棒编织预制体由于织物中70% 以上纤维垂直于燃气流方向,提高了材料的抗烧蚀性能,适于制造大型固体火箭发动机。针对国内预制体的研究状况,提出了要加强预制体的孔隙结构、纤维排布等对C/C复合材料的力学、热物理学以及后续致密化工艺影响的研究,更好地促进预制体的发展,进一步提升我国C/C复合材料的性能。
4D打印技术的研究进展
卢海洲, 罗炫, 陈涛, 刘钊, 杨超
[摘要](314) [HTML全文](176) [PDF 1100KB](33)
摘要:
4D打印是实现对智能材料的增材制造技术。本文基于复合材料、形状记忆聚合物、形状记忆合金等材料简要综述了4D打印智能材料的研究进展。目前复合材料的4D打印向着多材料精确复合、响应速度快、成形材料功能化等方向发展;4D打印形状记忆聚合物则朝着形态可控、实现特定动作等方向发展;4D打印形状记忆合金,目前向着相转变行为精确调控、变形可控等方向发展。由于目前4D打印形状记忆合金存在诸多未解决的问题,本文提出了获得近全致密4D打印形状记忆合金需考虑的因素;成形孔隙对其综合性能的影响;组织性能调控;变形控制;性能指标调节的冗余度问题;需要突破的科学问题等相关思考。总体而言,随着新型原材料、成形方法、控制软件和机器精度的不断发展,4D打印技术发展迅速,正逐步走向智能化、精确化和高效化。
非晶态ITO透明导电薄膜的制备及热处理晶化技术研究进展
李佳明, 姜良宝, 陈牧, 李晓宇, 韦友秀, 张晓锋, 马一博, 颜悦
[摘要](823) [HTML全文](346) [PDF 813KB](33)
摘要:
透明导电氧化物薄膜已在液晶显示器、太阳能电池、电致变色窗、气体传感器、高层建筑物的幕墙玻璃、飞机和高速列车导热玻璃(防冰除雾)等领域得到广泛应用。为了制备高透光性、高导电性的氧化铟锡(ITO)透明导电氧化物薄膜,一般采用两种途径:高温制备方法直接沉积出结晶态薄膜;室温下沉积出非晶薄膜后再进行热处理使其晶化。对于不耐高温的基底材料,研究快速热处理晶化方法具有重要的指导意义。该方法既能保证ITO薄膜的使用要求,又能降低晶化方法对基底产生的影响。根据不同的应用背景与使用要求,选择合适的制备方法与晶化方法,是获得高透光性、高导电性薄膜的关键。本文综述了目前国内外对ITO透明导电氧化物薄膜晶化方法的研究进展。通过对比不同的薄膜晶化方法的机理和优缺点,指出了红外晶化法、激光晶化法、闪光灯晶化法可以实现薄膜快速结晶。并且,采用上述方法处理,过程中基底温度低于薄膜温度,有望取代目前商业生产中使用的传统炉式晶化法,能够提高生产效率、节约生产成本、获得高质量、高性能的透明导电氧化物薄膜,适用范围更广。
烧结温度对氧化铝基陶瓷型壳显微组织及力学行为的影响
魏倩, 许自霖, 许庆彦, 柳百成
[摘要](348) [HTML全文](173) [PDF 3555KB](33)
摘要:
采用选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)快速制备高温合金叶片用氧化铝基陶瓷型壳初坯,并结合高温烧结(high-temperature sintering)进一步提高陶瓷型壳的力学性能。研究不同烧结温度(1450~1600 ℃)对氧化铝基陶瓷型壳的抗弯强度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析型壳的物相组成、断口微观形貌。结果表明:采用选择性激光烧结+高温烧结技术可快速高效地制备力学性能满足要求的陶瓷型壳,随着烧结温度从1450 ℃升高到1600 ℃,型壳的室温平均抗弯强度增大,并在1600 ℃时达到38.03 MPa;型壳的主要强化相为柱状莫来石相,且随烧结温度升高,型壳中莫来石相含量增加,石英相含量降低,方石英相含量先增加后有所降低;裂纹扩展形式从缓慢扩展转变为迅速扩展并引发瞬断,断口由撕裂状演变为平齐小断面,断裂方式由主要沿晶断裂向穿晶断裂转变,裂纹倾向于向晶内莫来石扩展。
4D打印技术在航空飞行器研制中的应用潜力
苏亚东, 王向明, 吴斌, 王福雨, 汪嘉兴, 邢本东
[摘要](404) [HTML全文](149) [PDF 4799KB](33)
摘要:
4D打印技术是最近一段时间快速发展的新兴增材制造技术,对飞机等航空航天装备的结构智能化发展具有重大前瞻性意义。本文论述了战斗机的发展及对多功能结构的需求,阐述了4D打印在实现飞机功能融合方面的重要作用;探讨了4D打印的定义、专用材料、工艺装备及结构构型特征;讨论了4D打印在航空飞行器智能变体结构、新一代热防护及新型隐身技术方面的应用潜力;给出了4D打印的技术成熟度提升、关键技术突破及学科融合方面的发展建议。
电致变色技术研究进展和应用
韦友秀, 陈牧, 刘伟明, 厉蕾, 张官理, 颜悦
[摘要](575) [HTML全文](192) [PDF 14133KB](33)
摘要:
经过多年的研究和发展,电致变色技术已被应用于建筑窗、汽车防眩后视镜、飞机舷窗等领域。本文概述了电致变色器件的结构、工作原理、材料分类、以及特性要求,阐述了电致变色薄膜的制备方法和实现应用的技术要求,并总结分析了国内外发展状况和最新进展。将电致变色应用在能源领域达到节约能耗的效果,极具社会意义和商业价值,是其发展过程的里程碑。目前,探索时间成本和经济效益双赢的技术路线和工艺流程,拓展应用领域(与其他技术相结合)并开发出相关的实用性产品将为电致变色技术重要的发展趋势。具有工业前景的湿化学方法有降低成本,提高效率的优势,将成为实现该项技术普及化的研究热点,另外,电解质层材料的研发和制备也会成为研究发展中的核心技术。
金属-金属间化合物叠层复合材料研究进展
孔凡涛, 孙巍, 杨非, 王晓鹏, 陈玉勇
[摘要](558) [HTML全文](293) [PDF 2452KB](32)
摘要:
金属-金属间化合物叠层复合材料既可以保留金属间化合物的高温强度,又可以继承金属在室温下的良好的塑性和韧性,逐渐成为国内外学者的研究重点。本文综述了Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系、Nb-Al系及其他常见金属-金属间化合物叠层材料的研究现状,并着重介绍了其常用制备方法,如热压复合法、爆炸焊接法、放电等离子烧结法等,分析了每种制备方法的优缺点。同时从内、外部两个方面归纳总结了金属-金属间化合物叠层材料增韧机理。最后分析了金属-金属间化合物叠层复合材料现阶段研究存在的问题,并认为Ti-Al系叠层复合材料仍将是未来研究的重点。如何进一步提升金属-金属间化合物叠层复合材料的室温塑性和韧性,深入探讨复合材料的增韧机理,优化制备工艺,是金属-金属间化合物叠层复合材料能否实现工程化应用的关键。
稀土Y对Sn-58Bi焊料合金组织性能的影响
龚留奎, 廖金发, 袁继慧, 李贵河, 陈辉明
[摘要](997) [HTML全文](386) [PDF 3220KB](32)
摘要:
在真空熔炼炉中采用氮气气氛保护方法熔炼制备不同Y含量的Sn-58Bi-xY(x = 0.0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%(质量分数,下同))合金,研究不同含量的稀土Y对Sn-58Bi合金的组织、熔化特性、润湿性及剪切强度的影响,并分析稀土Y对Sn-58Bi/Cu焊点形成过程及其焊点剪切强度的影响。结果表明:稀土Y能细化Sn-58Bi合金铸态组织,Sn-58Bi-xY合金的组织为富Sn相、富Bi相以及两相形成的层片状共晶组织,稀土元素Y会在Bi中固溶、富集;稀土Y对Sn-58Bi合金的熔点、熔程影响较小;Y的添加,降低了合金的润湿性能,但能提高焊料的硬度且在0.4%时焊料硬度达到最大值24.18HV;稀土Y能提高Sn-58Bi-xY/Cu焊点的剪切强度,在0.2%Y时Sn-58Bi-xY/Cu焊点剪切强度达53.55 MPa;Y能促进Sn-58Bi焊料与Cu在焊接过程中的反应并形成Cu6Sn5金属间化合物。
等离子物理气相沉积热障涂层研究进展
石佳, 魏亮亮, 张宝鹏, 高丽华, 郭洪波, 宫声凯, 徐惠彬
[摘要](1182) [HTML全文](384) [PDF 3912KB](32)
摘要:
等离子物理气相沉积(plasma spray-physical vapor deposition,PS-PVD)是一种最近发展的功能薄膜与涂层制备技术。该技术结合了等离子喷涂(PS)和物理气相沉积(PVD)两种技术的特点,可以实现气、液、固多相的快速共沉积,进行涂层/薄膜微结构的高度柔性加工,并可实现复杂工件遮蔽区域的非视线均匀沉积,在热障涂层、环境障涂层、超硬耐磨涂层、透氧膜和电极膜等领域具有广阔的应用前景,被认为代表了高性能热/环境障涂层制备技术的发展方向。本文综述了PS-PVD的工作原理、技术特点以及近年来国内外在PS-PVD热障涂层制备科学和沉积机理等方面的研究进展,展望了新型高性能热障涂层制备技术的研究热点及未来的发展方向。
增材制造超材料及其隐身功能调控的研究进展
张磊, 卓林蓉, 汤桂平, 宋波, 史玉升
[摘要](693) [HTML全文](257) [PDF 2130KB](30)
摘要:
超材料作为一种新型拓扑优化设计的结构材料,展现出特殊的物理性质,比如负泊松比、负折射率等,在波动控制和隐身方面有重要的潜在应用价值,因此受到国内外的广泛关注。增材制造技术,又称为3D打印技术,适合于制造复杂形状的结构,利用增材制造技术制造隐身超材料具有较高的几何自由度和尺寸精度,为超材料的广泛应用提供技术条件。本文基于超材料的基本概念,对隐身超材料结构设计、功能调控的研究进展进行详细介绍,进一步介绍增材制造隐身超材料的光固化法、熔融沉积法、激光选区烧结/熔化法等工艺方法,并讨论了增材制造超材料在制造过程中存在的阶梯效应、原材料黏附现象、热扩散现象、尺寸精度、粗糙度等问题。
1981 年创刊,双月刊

CN 11-3159/V
ISSN 1005-5053

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