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CFRP制孔加工技术的研究进展与发展趋势
付鹏强, 蒋银红, 王义文, 许成阳, 周丽杰
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000043
[摘要](256) [HTML全文](98) [PDF 1324KB](16)
摘要:
碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)因具有优异的物理和力学性能已广泛应用于航空、航天和汽车等领域的结构件制造。然而,CFRP 材料和金属材料的属性截然不同,具有非匀质性和各向异性,在制孔加工过程中,极易产生分层、撕裂、毛刺等缺陷,严重影响其制孔质量。因此,CFRP-金属叠层结构制孔技术成为飞机连接装配过程中的一大难点。本文归纳了近年来CFRP钻削加工机理的研究现状,总结出CFRP切屑形成机理与纤维方向角的关系,轴向钻削力和钻削温度与刀具形状、工件材料和工艺参数之间的关系;分析了CFRP钻削过程中分层、毛刺、撕裂等典型加工缺陷的产生原因、检测和评价方法及抑制措施;探讨了CFRP制孔刀具材料、几何结构及仿真研究方面的最新进展,提出建立准确可靠的CFRP材料本构模型是钻削加工模拟仿真技术研究的关键;通过对变工艺参数钻削加工、机器人自动制孔加工及吸气式内排屑钻削加工等新型CFRP制孔加工技术的介绍,展望了CFRP制孔技术的发展趋势。
退火工艺对磁控溅射LiCoO2薄膜形貌与力学性能的影响
马一博, 陈牧, 颜悦, 张晓锋, 刘伟明, 李佳明, 张旋
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000091
[摘要](34) [HTML全文](19) [PDF 1222KB](1)
摘要:
采用磁控溅射方法在单晶Si(100)上制备LiCoO2薄膜并选择不同退火温度、保温时间和退火气氛对薄膜进行热处理,研究不同退火条件对LiCoO2薄膜形貌、组成、晶体结构和力学性能的影响。结果表明:退火过程将LiCoO2薄膜表面粗糙度从11.63 nm降低至6.13 nm,且退火气氛对LiCoO2薄膜表面形貌影响最大;LiCoO2薄膜退火产生Li2O、CoO、Co3O4等副产物,薄膜组成被破坏;任一退火条件均能使LiCoO2薄膜结晶,平均晶粒尺寸约为30 nm,退火温度对LiCoO2薄膜晶粒尺寸和残余应力影响最大;LiCoO2薄膜退火后,其硬度H、杨氏模量Er增大一个数量级,最优退火工艺下(600 ℃,60 min,纯O2气氛),H3/Er2比例为0.03 GPa,抵抗塑性变形能力好。
高熵合金及其他高熵材料研究新进展
王晓鹏, 孔凡涛
当前状态:   
[摘要](26) [HTML全文](14) [PDF 1503KB](1)
摘要:
高熵材料是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材料,打破了传统的材料设计理念。高熵材料以其独特的晶体结构特征,表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点。目前国内外已经研发出多种高熵材料,在力学、物理和化学性能等方面具有独特的优势,在很多领域具有巨大的应用潜力,已经成为国际材料学术界一个重要的研究热点。本文从高熵材料的设计理念出发,主要综述了高熵合金、高熵陶瓷、高熵金属间化合物等高熵材料的最新研究进展,总结了不同高熵材料的结构特征、组织性能及强化机制,并对高熵材料的发展趋势进行了展望。高通量计算与制备将成为设计这类多主元材料的重要快捷手段,随着材料的进步,高熵材料成形加工技术必将快速发展以满足其多元化应用需求。
航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲力学性能
高志刚, 冯宇, 马斌麟, 杜旭, 宋雨键
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000067
[摘要](15) [HTML全文](9) [PDF 963KB](1)
摘要:
航空复合材料加筋板由于具有良好的力学性能,广泛地应用于航空结构中。本工作研究了航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲力学性能,首先应用工程方法对复合材料加筋板进行压缩稳定性计算,得到加筋板的屈曲载荷和破坏载荷的预估值;其次,开展复合材料加筋板压缩稳定性实验,得到实验件的屈曲及破坏形式、实验件的载荷-应变及载荷-位移关系和实验件的屈曲载荷和破坏载荷。结果表明:采用工程方法得到的计算结果与实验结果较为吻合,屈曲载荷和破坏载荷的误差分别为6.12%和9.31%,合理应用工程方法可以为实验提供较好的指导;加筋板的破坏形式为壁板的分层、鼓包和撕裂、筋条的断裂以及筋条-壁板的脱粘;屈曲比为1.65的复合材料加筋板具有较强的后屈曲承载能力;工程中可充分应用加筋板的后屈曲承载能力提高结构的利用效率。
氮化物基陶瓷高温透波材料的研究进展
崔雪峰, 李建平, 李明星, 周杰, 李鑫, 成来飞, 刘永胜, 叶昉
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000047
[摘要](16) [HTML全文](10) [PDF 892KB](1)
摘要:
氮化物基陶瓷材料具有高强度、高模量、耐高温、抗热震和透波等优异的综合性能,是高温透波构件的主要候选材料,目前应用报导较少,制备工艺和性能有待进一步完善和提高。本文综述了氮化物陶瓷、氮化物复相陶瓷及氮化物陶瓷基复合材料的研究现状,发现多孔氮化硅陶瓷、BN-Si3N4复相陶瓷和BNw/Si3N4复合材料的综合性能较为优异,可达到介电常数低于5,介电损耗低于0.01,室温弯曲强度高于200 MPa的水平。本文分析了氮化物基陶瓷高温透波材料研究的现存问题,主要是力学性能与介电性能难以协同提高;最后对高温透波材料体系的选择及其制备工艺的未来发展方向进行了展望。
氰酸酯树脂的改性与固化特性的热分析
乔海涛, 包建文, 钟翔宇, 张连旺, 宋江鹏
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000072
[摘要](82) [HTML全文](41) [PDF 707KB](5)
摘要:
从工程化应用的角度,综述了氰酸酯的改性工作、固化特性热分析以及在胶黏剂、复合材料等方面的最新研究进展。氰酸酯的改性涉及橡胶材料增韧改性、热塑性材料增韧改性以及与环氧、双马树脂的协同改性等。聚醚砜改性的氰酸酯胶黏剂能够获得满意的剪切强度和剥离强度,同时保持了较低的介电常数和介质损耗角正切。环氧树脂的加入也能够显著提高氰酸酯胶黏剂的强度,但电性能相对较差。改性的氰酸酯胶黏剂在175 ℃以下的温度范围内剪切强度可以保持30 MPa左右的水平,介质损耗角正切为0.0065,200 ℃热老化200 h后对于剪切性能无显著影响,且剥离强度取得了较满意的测试结果,蜂窝夹层结构的滚筒剥离强度高达83.2 N?mm/mm。DSC热分析研究固化动力学的多项结果表明,改性氰酸酯活化能的高低与固化峰值温度的高低可同步或相反变化。采用含有羟基的聚醚砜改性氰酸酯后,相比未改性氰酸酯其固化放热峰值温度降低20 ℃左右,但增韧改性后的固化反应活化能反而增加,可归因于反应机理的改变和位阻效应。对于固化放热峰值温度(Tp)随升温速率(ϕ)的变化,建立了固化放热峰值温度Tp与ln ϕ的线性方程Tp = T1 + ΔT ln ϕ,可以更合理地确定固化温度参数。
功能梯度圆柱壳的热应力与热传导分析
刘文光, 丰霞瑶, 姚婉
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000127
[摘要](80) [HTML全文](41) [PDF 1024KB](1)
摘要:
金属基陶瓷功能梯度材料特性随着厚度的变化而连续变化,且陶瓷散热快,金属强度高,有望用于飞机尾喷口的设计。本工作以功能梯度圆柱壳为对象,研究热流密度、陶瓷体积分数指数和热环境等参数对功能梯度圆柱壳热应力和热传导的影响。首先,建立功能梯度材料的热物理特性模型,探索各参数对材料热物理特性的影响规律;其次,建立功能梯度圆柱壳的热应力模型,探究不同条件下功能梯度圆柱壳热应力变化规律;最后,由能量守恒定律,推导出圆柱壳的热传导方程,讨论陶瓷体积分数指数和热流密度对热传导的影响。结果表明,热流密度一定时,应力随陶瓷体积分数指数增加平缓,圆柱壳的外侧应力大于内侧应力;任意截面的温度随热流密度的增加而升高,且热流密度越大温度上升越明显。
Ni含量对钴基高温合金组织性能的影响
周鹏杰, 宋德航, 吴海斌, 高心康, 上岛伸文, 及川勝成
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000036
[摘要](68) [HTML全文](46) [PDF 3366KB](3)
摘要:
采用非自耗真空熔炼炉制备钴基高温合金铸锭,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)研究Ni含量对钴基高温合金组织和晶格错配度的影响。通过对不同成分的合金进行高温压缩实验,研究Ni含量对钴基高温合金性能的影响。结果表明:随着Ni含量的增加,γ′相的平均尺寸增加;当Ni含量从0%增加到15%时,合金中强化相的体积分数逐渐增加,当Ni含量增加到20%时,合金中强化相的体积分数稍有减少;Ni含量从0%增加到10%时,γ/γ′两相的晶格错配度降低,Ni含量从10%增加到15%时,γ/γ′两相的晶格错配度略有增加,当Ni含量增加到20%时,γ/γ′两相的晶格错配度又开始降低;Ni含量为5%的合金屈服强度最高。
金属表面绿色环保自组装防腐膜的研究进展
曹翔宇, 杜娟, 杨梓铭, 杨涵清, 李伯阳, 李海龙
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000116
[摘要](69) [HTML全文](36) [PDF 24005KB](3)
摘要:
自组装膜技术在金属表面防腐中的应用越来越广泛,采用简单有效的膜技术制备绿色环保膜产品已成为防腐膜领域的研究热点。本文综述近年来金属表面自组装膜制备技术的研究进展,分别阐述了金属表面自组装单层膜和复合膜在铝/铝合金、铜/铜合金、不锈钢和其他活泼金属表面自组装膜技术的分类、特点和应用、防腐机理等,指出膜与基体之间的界面结合、成膜机理、防腐机理等方面的研究还不够完善,仍然是亟待解决的科学问题。
喷枪空间行进速率对等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层温度场的影响
庞铭, 张啸寒, 刘光
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000038
[摘要](33) [HTML全文](15) [PDF 1038KB](0)
摘要:
为了突破传统金属/陶瓷双层热防护涂层高温环境易剥离的技术瓶颈,研究喷枪空间行进速率变化对等离子喷涂Mo/8YSZ复合涂层时间域及空间域温度场分布的影响规律。利用ANSYS有限元分析软件,建立等离子喷涂Mo/8YSZ功能梯度热障涂层的数值模型,考虑材料不同温度下的热物性参数和材料的相变潜热,通过分析不同喷枪空间行进速率下喷涂构件的温度与温度梯度发现:在喷涂过程的同一时刻,喷枪行进速率越大,单位长度内喷枪与构件相互作用的时间越少,构件的最大温度值越小,构件上表面温度分布的均匀性越高,构件的最大温度梯度值越小;先沉积的涂层对后沉积的涂层存在预热作用,基体的最大温度值呈"台阶式"升高的变化趋势;随着涂层厚度的增加,涂层的热阻增加,基体温度的波动幅度逐渐减小;通过调控各涂层的喷枪行进速率,可进一步减小构件的温度梯度,按照黏结层最大、过渡层次之、陶瓷层最小的顺序进行喷涂时,喷涂构件的温度梯度最小。
湿热环境下胶接修理碳纤维/环氧树脂基层合板振动特性
贾宝惠, 郝彤星, 张刚, 卢翔
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000014
[摘要](33) [HTML全文](15) [PDF 782KB](1)
摘要:
通过理论推导和有限元仿真,研究四端固支的复合材料层合板胶接修理结构在湿热环境下的振动特性。基于Mindlin一阶剪切变形理论和Hamilton原理,考虑湿热应力,利用温度与湿度的等效性,推导受湿热环境影响的复合材料层合板本构方程,采用有限元法求解层合板的振动特征方程。利用有限元软件ABAQUS,建立胶接修理层合板模型,并与文献结果进行对比,讨论不同的湿热环境和附加补片个数对胶接修理层合板振动特性的影响。结果表明:湿热环境下,附加补片的引入都使得胶接修理层合板各阶固有频率降低,附加补片个数由一个变为两个时,一阶固有频率进一步下降;湿度增加对固有频率降低的影响大于温度增加对固有频率的影响;在温度、湿度同时升高的环境下,附加补片的引入会使层合板胶接修理结构更早地达到湿热屈曲的状态。
阳极电致变色材料的研究进展
付子怡, 韦友秀, 刘伟明, 陈牧, 马一博, 李佳明, 李久勇, 颜悦
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000042
[摘要](338) [HTML全文](109) [PDF 1424KB](11)
摘要:
电致变色技术已经广泛应用于智能窗、汽车防眩后视镜等众多领域。其中离子存储层(一般是阳极变色材料)是提高电致变色器件性能和实现技术应用化的关键层,其主要作用是储存和供给变色反应需要的离子,维持整个电致变色过程的电荷平衡,目前,最典型的阳极材料是氧化镍(NiO),因价格低廉、着色效率高、光调制范围大而得到广泛应用。本文概述了近年来阳极电致变色材料的研究进展,包括材料分类、工作原理以及特性要求,介绍了其薄膜制备方法,同时介绍了多种提高阳极变色材料性能的改性方法,并对阳极电致变色材料的发展趋势进行了展望。

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2019-05期目录+封面
2019, 39(5)   
[摘要](154) [PDF 1398KB](13)
摘要:
综述
耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展
胡悦, 黄大庆, 史有强, 张昳, 何山, 丁鹤雁
2019, 39(5): 1 -12   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000139
[摘要](410) [HTML全文](123) [PDF 1402KB](19)
摘要:
陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。
SiCf/SiC复合材料氮化硼(BN)界面层及其复合界面层研究进展
吕晓旭, 齐哲, 赵文青, 姜卓钰, 杨金华, 周怡然, 刘虎, 焦健
2019, 39(5): 13 -23   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000101
[摘要](338) [HTML全文](185) [PDF 831KB](39)
摘要:
SiCf/SiC复合材料由SiC纤维、SiC基体和界面层组成。界面层可以传递载荷和偏转裂纹,同时防止SiC纤维受到材料制备和使用过程中的化学侵蚀,对于调节SiCf/SiC复合材料的性能具有非常重要的作用。本文综述了氮化硼界面层的晶体结构、复合界面层的种类,介绍了化学气相渗透法制备氮化硼(boron nitride,BN)及其复合界面层的工艺条件,总结了先驱体气体比例、载气、沉积压力及温度等工艺条件对界面层沉积速率、微观形貌结构的影响。选择合适的工艺条件,制备理想结构的BN及其复合界面层,将是SiCf/SiC复合材料界面层研究领域的重点和难点。
高性能热塑性复合材料在直升机结构上的应用与展望
谌广昌, 姚佳楠, 张金栋, 陈普会, 陈春海
2019, 39(5): 24 -33   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000035
[摘要](209) [HTML全文](91) [PDF 1138KB](20)
摘要:
高性能热塑性复合材料具有高韧性、优异的抗冲击损伤性能及较佳的抗疲劳性能,特别适用于以起落架、尾段、桨毂中央件及传动轴等为代表的直升机高损伤阻抗、高抗疲劳及弹击损伤容限设计需求特定结构部位。高性能热塑性复合材料在国外直升机上的应用正从实现关键层板结构部位全面应用拓展至复合材料夹层结构部位,并大量采用原位自动纤维铺放(automated fiber placement,AFP)等自动化、低成本制造技术和虚拟实验等低成本验证技术,受限于国产热塑性复合材料技术成熟度较低和新研复合材料体系传统积木式方法应用验证的高昂成本及漫长周期,国内直升机热塑性复合材料应用尚处于起步阶段,未来需要重点解决国产热塑性复合材料的性能稳定性及一致性以及在此基础之上的低成本自动化制造工艺、配套低密度耐高温芯材及高效率高置信度虚拟认证技术。
直升机陶瓷复合装甲发展现状及新型材料应用前景
武岳, 王旭东, 刘迪, 李炯利, 郭建强, 李文博, 张海平, 曹振
2019, 39(5): 34 -44   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000097
[摘要](326) [HTML全文](78) [PDF 972KB](14)
摘要:
目前国外军用武装直升机及运输直升机上均配置了轻质装甲材料。相比之下,国内直升机装甲配置在级别类型、数量、单架机面积等方面都远不如欧美发达国家。随着新一代军用直升机对抗弹生存能力提出了更高的要求,国内外对于新型装甲材料的开发也有了较大的进展。本文综述了国内外武装直升机用复合防弹装甲的发展状况,总结了直升机用复合防弹装甲未来的发展需求,分析了目前复合防弹装甲的抗弹机理、选材原则和材料在被武器打击过程中的吸能方式,并展望了梯度功能材料、微叠层材料、石墨烯改性陶瓷等新材料在军用直升机上的应用前景。为满足我国直升机的自主发展需求,我国对于性能优异的新型先进轻质防护材料的开发需求已刻不容缓。只有开发新型装甲材料才能提高我军直升机的生存能力,满足我国武器装备的作战需求,实现与世界先进直升机水平的同步发展。
先进复合材料在无人机上的应用
倪楠楠, 卞凯, 夏璐, 顾伟凯, 温月芳
2019, 39(5): 45 -60   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000099
[摘要](409) [HTML全文](150) [PDF 1048KB](35)
摘要:
为满足未来无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的高空、长航时、强机动性、功能性、经济性等各种高性能需求,先进复合材料在国内外无人机上的应用愈加广泛;但我国无人机研制中采用复合材料的比例和技术水平较国外尚存在一定差距,复合材料制件成本是制约其应用的主要因素之一。本文介绍无人机在国内外发展的历程,概述复合材料在无人机上的应用,总结无人机复合材料的一些关键技术,提出了问题和建议并指出发展趋势。为了加快我国复合材料在无人机行业应用的步伐,应在引进国外自动化技术的同时,坚持以工艺可行性和稳定性为出发点进行复合材料的结构设计以降低复合材料结构成本,并积极发展各种液体成型技术、仅真空袋非热压罐材料(bag vacuum only-out of autoclave, BVO-OoA)材料和工艺以及对传统模压工艺进行改进研究。
低密度高熵合金的研究进展
赵海朝, 梁秀兵, 乔玉林, 柳建, 胡振峰, 陈永雄, 张志彬
2019, 39(5): 61 -81   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000130
[摘要](519) [HTML全文](144) [PDF 1139KB](20)
摘要:
高熵合金是一种新型合金,其优异的物理化学性能吸引了研究者的广泛关注。然而,传统高熵合金的密度普遍较大,极大地限制了其工程应用。为了降低合金密度,Al、Ti、Mg、Li、C等低密度元素被用于制备高熵合金,系列等摩尔或非等摩尔比的低密度高熵合金成功制备,在航空航天、能源交通等领域显示出巨大的应用潜力。本文综述了低密度高熵合金的研究现状,分析了合金组元的设计指导原则、制备工艺,并根据其体系特性介绍了高熵合金的相结构以及性能,对低密度高熵合金未来研究方向提出了展望。
难熔高熵合金在航空发动机上的应用
魏耀光, 郭刚, 李静, 曾一畔, 何婧
2019, 39(5): 82 -93   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000023
[摘要](236) [HTML全文](84) [PDF 1291KB](12)
摘要:
航空材料要求具有较高的强度、低的密度、优良的耐腐蚀及抗疲劳等性能,发动机材料更需要耐高温性能。含有高熔点难熔金属元素的高熵合金(high entropy alloys,HEAs)在高温环境下显示出了优异的材料性能。目前,共有120余种难熔高熵(refractory high entropy alloys,RHEAs)被合成,并对其物理和力学特性如密度、拉伸性能、压缩性能、弹性模量和抗氧化性等进行了实验测试。本文对RHEAs和传统典型航空材料的性能参数进行了总结,绘制了高温情况下的密度、屈服强度极限的对比图表,多数RHEAs显示出较高的力学强度和组织稳定性。
研究论文
TC11钛合金表面阻燃涂层的抗点燃性能及机理研究
弭光宝, 欧阳佩旋, 李培杰, 曹京霞, 黄旭, 曹春晓
2019, 39(5): 94 -102   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000142
[摘要](167) [HTML全文](61) [PDF 1946KB](9)
摘要:
采用摩擦氧浓度点燃方法,研究YSZ+NiCrAl-B.e复合涂层对TC11钛合金抗点燃性能的影响,并结合摩擦磨损分析和非稳态热传导计算,探讨复合涂层的阻燃机理。结果表明:YSZ+NiCrAl-B.e复合涂层显著提高了钛合金的抗点燃性能,其临界着火氧浓度约为钛合金基体的2.3倍;钛与复合涂层构成摩擦副的摩擦性能高于钛与钛;NiCrAl-B.e层对提高钛合金抗点燃性能的影响不明显。摩擦点燃过程中,YSZ层能够大幅度降低钛合金基体的温度升高,阻隔了热量的快速传输,从而起到延迟点燃钛合金的作用,在这个意义上,该体系涂层中YSZ层是阻燃层,热量阻隔是主要的阻燃机理。
钛合金叶轮精铸成型数值模拟及实验验证
宗学文, 刘文杰, 熊聪
2019, 39(5): 103 -112   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000074
[摘要](249) [HTML全文](109) [PDF 1027KB](15)
摘要:
针对铸造钛合金叶轮叶片内部缺陷多和成型质量差的问题,通过设计两种浇注系统,运用有限元方法对浇注系统进行数值模拟,研究浇注系统设计优化对精铸的充型和凝固过程中流场、温度场及缩孔缩松的影响,在最优设计基础上进行熔模精铸实验,同时对其铸件的微观组织和力学性能进行检测与分析。结果表明:在型壳预热温度400 ℃、浇注温度1730 ℃,浇注时间8 s条件下,模拟结果得到底注式浇注系统充型、凝固质量好,铸件内部无缺陷;顶注式结构充型流场紊乱,存在卷气现象,同时铸件内部缺陷较多,故底注式多冒口结构浇注系统优于顶注式结构;对底注式系统进行了实验验证,铸件显微组织致密,拉伸屈服强度、断面收缩率和硬度分别为785.5 MPa、25.5%和301.67 HBW,力学性能较好,表面精度较高,符合高品质钛合金铸件的要求。
热障涂层的界面形貌对TGO层生长行为的作用机制
唐健江, 于方丽, 张海鸿, 白宇, 王俊文, 刘艳玲
2019, 39(5): 113 -119   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000081
[摘要](228) [HTML全文](86) [PDF 1049KB](13)
摘要:
通过对陶瓷层/粘接层界面应力和热生长氧化物(thermally grown oxides,TGO)层的生长规律分析,研究涂层界面凸起对TGO生长行为的作用机制。结果表明:TGO在陶瓷层/粘接层界面凸起区域的生长速率高于其他区域;由ANSYS有限元软件应力分析可知,随着界面粗糙度的增加(10 μm增至20 μm),涂层的界面应力增加(185 MPa增到406 MPa);TGO层的厚度增加(1.6 μm增至9.3 μm)同样会使界面应力增加(142 MPa增大到574 MPa);此外,在高温氧化过程中,陶瓷层/粘接层界面凸起区域主要表现为拉应力,凹陷区域为压应力;拉应力能够促进TGO层的快速生长,压应力则会抑制TGO的生长速率;在保证涂层有效结合强度的前提下,降低粘接层的表面粗糙度,能够有利于降低涂层的界面应力以及减缓TGO的生长速率,从而提高热障涂层高温稳定性。
泡沫铝填充薄壁管复合结构压缩与吸能性能
李思超, 杨旭东, 安涛, 郑远兴
2019, 39(5): 120 -127   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000016
[摘要](138) [HTML全文](62) [PDF 3110KB](9)
摘要:
采用填加造孔剂法制备泡沫铝,将其填充入6061铝合金薄壁管中制备填充复合结构,通过准静态压缩实验研究填充间隙、黏结方式以及薄壁管的壁厚等参数对泡沫铝填充管力学和吸能性能的影响,确定最佳制备参数。通过准静态压缩实验和落锤冲击实验,研究在不同应变率下单一与复合结构的力学和吸能性能特点。结果表明:在准静态压缩实验中,当应变为60%,泡沫铝填充管的吸能量是泡沫铝与薄壁管二者数值加和的122%;在冲击实验中,和单一结构相比,复合结构的冲击载荷更加稳定,且具有更高的平均冲击载荷,吸能能力更强;相对于单独的泡沫铝,泡沫填充薄壁管在压缩和冲击吸能方面均有较大的提升。
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](1209) [HTML全文](564) [PDF 2468KB](128)
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。
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](744) [HTML全文](381) [PDF 2452KB](88)
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。
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](911) [HTML全文](521) [PDF 786KB](82)
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](980) [HTML全文](464) [PDF 2249KB](72)
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。
4D打印技术的研究进展
卢海洲, 罗炫, 陈涛, 刘钊, 杨超
[摘要](639) [HTML全文](312) [PDF 1100KB](60)
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。
3D打印材料应用和研究现状
王延庆, 沈竞兴, 吴海全
[摘要](1037) [HTML全文](416) [PDF 705KB](55)
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。
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](846) [HTML全文](433) [PDF 1046KB](53)
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。
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](791) [HTML全文](357) [PDF 2712KB](47)
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](636) [HTML全文](280) [PDF 4799KB](45)
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。
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](978) [HTML全文](372) [PDF 2130KB](44)
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。
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](1487) [HTML全文](494) [PDF 3912KB](43)
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。
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](1181) [HTML全文](282) [PDF 3555KB](41)
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。
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](763) [HTML全文](417) [PDF 1652KB](40)
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。
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](1114) [HTML全文](524) [PDF 14133KB](40)
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。
SiCf/SiC复合材料氮化硼(BN)界面层及其复合界面层研究进展
吕晓旭, 齐哲, 赵文青, 姜卓钰, 杨金华, 周怡然, 刘虎, 焦健
[摘要](338) [HTML全文](185) [PDF 831KB](39)
摘要:
SiCf/SiC复合材料由SiC纤维、SiC基体和界面层组成。界面层可以传递载荷和偏转裂纹,同时防止SiC纤维受到材料制备和使用过程中的化学侵蚀,对于调节SiCf/SiC复合材料的性能具有非常重要的作用。本文综述了氮化硼界面层的晶体结构、复合界面层的种类,介绍了化学气相渗透法制备氮化硼(boron nitride,BN)及其复合界面层的工艺条件,总结了先驱体气体比例、载气、沉积压力及温度等工艺条件对界面层沉积速率、微观形貌结构的影响。选择合适的工艺条件,制备理想结构的BN及其复合界面层,将是SiCf/SiC复合材料界面层研究领域的重点和难点。
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](1161) [HTML全文](448) [PDF 813KB](37)
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。
1981 年创刊,双月刊

CN 11-3159/V
ISSN 1005-5053

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