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2019-05期目录+封面
2019, 39(5)
[摘要](158) [PDF 1398KB](15)
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](413) [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](348) [HTML全文](187) [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](336) [HTML全文](79) [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](151) [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](244) [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](170) [HTML全文](64) [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](250) [HTML全文](110) [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](229) [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](63) [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。
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