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论述材料科学与工程"四要素",它包含成分(组成)与结构、合成与加工、性质和服役行为。"四要素"的提出结束了材料发展的混沌状态,弥合了理论和技术产业脱节,获得极限固有性能的可靠材料,推动了先进材料大发展。提出材料科学与工程的"两个全过程"概念,即材料研制全过程和材料应用研究全过程,唯有做好两个全过程工作,才能保证获得具有极限固有性能和极限服役性能的可用可靠材料,促进"材料科学与工程"进入一个新时代。对材料科学与工程进行"两个全过程"研究,成就中国成为材料强国。
随着钛合金在我国航空、航天、兵器、海洋和化工等领域用量和应用范围的不断扩大,对钛合金高综合力学性能、低成本和加工工艺性能提出了更加苛刻的要求。通过基于组织参数设计的合金化、细晶强化、相变强化和强韧化工艺控制等综合强韧化技术,研制出具有高强韧、抗疲劳、耐损伤、抗冲击等综合性能良好匹配的新型高性能钛合金,是扩大钛合金在高端领域的用量与应用水平,实现产业升级转型,满足下一代应用需求的重要保障。
简述了铸造钛合金及TiAl合金的特点及在国内外航空领域的应用。根据我国钛合金领域专利申请情况分析了铸造钛合金技术在近30年的变化,特别是在航空领域的变化。随着航空制造技术的发展和高性能飞机的需求,钛合金铸件正向大型、整体和复杂化变化,TiAl合金铸件的发展将大大提高航空钛合金的使用温度。而航空领域的钛合金铸造技术将不再是单一的熔模精密铸造,将融合铸造模拟仿真技术和增材制造技术的优势,采取复合式发展的道路,以提高其整体精铸水平和生产效率。
钛火是现代航空发动机典型的灾难性故障。针对高推重比发动机对钛火试验技术的迫切需求,系统开展了摩擦氧浓度法钛合金燃烧技术及理论研究,建立了阻燃性能评价方法和摩擦着火模型,阐明了阻燃钛合金的阻燃机理。在总结近期研究进展基础上,从钛火的演化规律、机理和防控三个层次,提出钛火试验技术及应用研究的思路和方向,即接近发动机气流环境的阻燃性能综合评价、发动机气流环境的阻燃性能预测模型和阻燃技术的试验验证。未来实现发动机钛火防控体系的科学构建,助推压气机"全钛化"和发动机推重比不断提高。
概述了近10年来我国变形高温合金的研制情况。介绍了航空发动机用涡轮盘材料718Plus,GH4720Li,GH4065合金的特点,燃烧室用GH3230合金以及燃气轮机用GH4706合金的研制进展。并对变形高温合金热加工新技术进行了总结,包括针对易偏析材料开发的ERS-CDS新工艺,改善变形高温合金棒材组织的反复镦拔工艺,提升高性能难变形高温合金热塑性的缓冷处理和热机械循环处理技术。最后,展望了我国变形高温合金产业的未来。
石墨烯以其优异的物理化学性能,近年来受到了学术和产业界的广泛关注。将石墨烯进行功能化,可改善石墨烯的分散性,并且能根据需求对石墨烯的物理化学性能进行针对性地优化,因而赋予石墨烯更广泛的用途,因此,功能化石墨烯成为石墨烯研究领域的热点之一。综述功能化石墨烯的最新进展,从共价结合和非共价结合两个方面阐述了其制备的方法,叙述近年来功能化石墨烯在复合材料、储能材料、光电材料、催化材料、环境净化、生物及传感材料等领域的应用研究进展。总结出功能化石墨烯的特点,即大多数活性基团搭载到石墨烯的表面上都能活跃地展现其应用性能。功能化石墨烯未来的研究方向主要是判定和控制石墨烯表面引入功能化物质的量的"定量"问题和精确在石墨烯表面选择功能化的位点并进行精细化学结构设计的"定位"问题。
石墨烯以其优异力学、物理性能以及独特二维结构成为铝基复合材料的理想纳米增强相。金属基纳米复合材料制备技术快速发展,促进了石墨烯增强铝基纳米复合材料在结构和功能材料领域中的广泛研究。石墨烯在铝基体中的分散以及石墨烯/铝的界面控制问题具有重要科学研究和工程应用价值。重点介绍石墨烯增强铝基纳米复合材料最新研究进展,主要包括石墨烯增强铝基纳米复合材料的分散和冶金成型技术及其结构表征和力学性能研究。实验表明石墨烯能够显著提高铝基体力学性能,但作者认为通过优化工艺参数、改善微观结构和控制结合界面能够进一步优化材料性能。此外,为实现工程应用,还需加强石墨烯增强铝基复合材料的腐蚀性能和热、电性等物理性能研究,并突破材料的低成本、大规模制备技术。本文还基于石墨烯独特二维结构和表面状态,对石墨烯的增强增韧机制进行了深入讨论。
材料基因组计划旨在变革材料传统研发模式,从而缩短材料研发周期并降低其研发成本。主要从航空材料领域对材料基因组技术需求的角度,对材料基因组技术的具体内涵进行阐述与讨论。提出发展材料基因组技术需要建设的主要内容包括高通量计算、高通量实验、以及材料信息学与数据库平台。在发展方向上,提出发展材料信息学与数据库、集成计算材料设计、材料虚拟工艺、材料虚拟服役四方面技术与能力。
综述了航空硅橡胶的耐高温性能、耐低温性能、导电性能及阻尼性能等的研究现状,发现改善生胶结构(主链、端基、侧基以及分子量)、加入特种耐热添加剂(白炭黑、金属氧化物及其他添加剂)是提高航空硅橡胶耐高温性能的主要途径;调节改性链节类型、含量,破坏硅橡胶分子链的结构规整性是调节航空硅橡胶耐低温性能的主要途径;优选、并用掺杂导电粒子、改进其分散性是提高航空硅橡胶导电性能的主要途径;设计制备大空间位阻的活性聚硅氧烷阻尼剂是提高航空硅橡胶阻尼性能的主要途径。简要介绍了航空硅橡胶在高低温密封、导电和阻尼减振等方面的应用状况,提出高功能化的硅橡胶,如长期高耐热硅橡胶、耐超低温硅橡胶、高电磁屏蔽硅橡胶、高耐疲劳阻尼减振硅橡胶、准恒模量减振硅橡胶、发动机减振氟硅橡胶等特种材料是今后航空硅橡胶未来发展的方向。
归纳先进复合材料国防科技重点实验室在航空先进树脂基复合材料方面的应用和研究进展。研制出超薄热塑性无纺织物层间增韧技术以实现提高复合材料的CAI性能。设计出的多夹层结构具有多层吸收拓展频带的作用,使多夹层隐身复合材料的吸收频宽达1~18GHz。高韧性树脂基复合材料和耐高温复合材料技术得到发展,并形成预浸料-热压灌成型、液态成型和自动化制造技术体系。发展复合材料固化、树脂流动、固化变形等模拟优化技术,并建立复合材料数据库技术。建立先进复合材料国防科技重点实验室可在支撑航空装备研制,在航空复合材料创新引领、体系主导、基础支撑和保障应用方面发挥作用。
海洋飞机90%以上的时间处于停放状态,影响海洋飞机环境适应性的最重要因素包括海洋大气自然环境和由设备工作散发的热量或排泄的废气所形成的诱发环境。国外海洋飞机服役过程中的环境损伤主要为结构、零部件的腐蚀,已构成当前航空装备头等重要的安全问题;我国海洋飞机暴露出的环境损伤问题涉及结构、电子产品等方面。国外对海洋飞机环境适应性的研究主要集中在:舰船平台环境及环境效应基础数据的积累;针对舰船平台特殊环境条件的新试验方法的研究;环境试验方法与海洋飞机寿命期任务特点的结合;针对海洋飞机环境效应数据的应用。我国对海洋飞机环境适应性的研究主要包括三个方面:舰船平台环境测量与分析;舰船平台环境影响研究;模拟舰船平台环境试验方法研究。对未来海洋飞机环境适应性,亟需研究关键材料、易腐蚀结构及机载电子产品在舰船平台环境下的环境效应变化规律,积累舰船平台环境的气候因素和污染物因素数据,建立相应的环境谱,建立针对易腐蚀结构的模拟舰船平台环境实验室加速试验方法和装置,以支撑海洋飞机环境工程工作。
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。
Nb/Nb5Si3合金是未来最具潜力的超高温结构材料,实现该材料的结构微叠层化是一种新颖的材料设计思路和制备方法。Nb/Nb5Si3微叠层材料是将Nb和Nb5Si3按一定的层间距及层厚比以ABABAB型交互重叠结构形成的多层材料,其几种典型的制备技术包括热压、等离子喷涂、磁控溅射和电子束物理气相沉积(EB-PVD)。其中EB-PVD是一种最适合工程应用的Nb/Nb5Si3微叠层材料制备方法,结构和功能复合、纳米化叠层、高韧化工艺是EB-PVD技术制备Nb/Nb5Si3微叠层材料的发展方向。
通过对两种不同Ru含量(0%和2%,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100~1150℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响。结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度。合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ'尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀。Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能。
