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连续SiC纤维增强钛基（SiCf/Ti）复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点，在航空航天领域具有重要的应用前景。本文总结了SiCf/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术，并提出了SiCf/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。SiCf/Ti复合材料单向性能优异，在环类转动件（叶环、涡轮盘等）、杆件（涡轮轴、连杆、紧固件等）以及板类构件（飞机蒙皮等）具有明显应用优势。常用的SiCf/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法，箔压法适合制备板类结构件，基体涂层法适用于缠绕形式的结构件，如环、盘以及杆等。SiCf/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性，通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。钛合金基体可通过物理气相沉积的方法涂敷到纤维表面，制备出钛合金先驱丝，这是后续制备出高质量构件的关键。界面微观结构、热稳定性、力学性能与纤维表面的涂层密切相关，因此涂层种类和结构调控是SiCf/Ti复合材料的界面性能调控的重要手段。SiCf/Ti复合材料的应用促进了无损检测技术的发展，由此研究者开展了超声检测、X射线检测和声发射等在复合材料检测上的基础研究。为了实现SiCf/Ti复合材料的广泛应用，未来还需要在复合材料结构设计、低成本制造、失效分析与寿命预测等方面开展进一步的研究工作。
高超声速飞行器等航空装备的快速发展对钛合金综合性能及应用水平提出更高要求。采用传统热工艺技术制备钛合金的性能已经接近或达到理论极限。传统技术很难大幅提高钛合金的综合性能，探寻石墨烯技术改性钛合金成为一个重要发展方向。然而，钛合金中石墨烯的界面反应控制难度大，如何获得具有良好结合强度的石墨烯/钛界面是石墨烯增强钛基复合材料性能提升的基础与关键。本文在分析制约石墨烯增强钛基复合材料发展系列问题基础上，重点介绍石墨烯增强钛基复合材料微观组织、界面特征以及静态/动态力学性能、摩擦磨损、抗氧化性能和石墨烯强韧化机理等方面的研究进展，探讨现阶段解决石墨烯增强钛基复合材料分散均匀性、界面结合性和组织致密性的方案和优缺点，最后指出该类型材料在界面调控、大规模制备和性能稳定性等方面技术面临的挑战，并提出该类型材料发展应与理论计算技术、先进制备技术和特种功能应用相结合，深化界面优化设计和可控制备，拓宽应用领域。
多孔介质强迫发汗冷却是解决高超声速飞行器前缘热防护问题的有效措施。其中，多孔介质的孔隙结构及性能对于其冷却效果和可靠性影响显著，因此，制备出符合强迫发汗冷却要求的多孔材料至关重要。本工作以Ti6Al4V预合金粉末为原料，采用模压成型结合高温烧结，制备了不同开气孔率的多孔Ti6Al4V试样，通过金相及SEM观察、力学性能测试、XRD分析等方法研究烧结温度和保温时间对多孔Ti6Al4V孔隙形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明：提高烧结温度、延长保温时间会降低材料的开气孔率；开气孔率高时，材料中孔隙连通，渗流率高，但样品强度低；开气孔率低时，材料中孔隙闭合，大孔数量减少，渗流率低，强度高。其中开气孔率为21.8%的多孔Ti6Al4V试样综合性能最好。当该多孔Ti6Al4V样品作为主动防热材料时，可以耐受平均热流为2.5 MW/m2的火焰烧蚀。
电磁超材料是由亚波长微结构周期排列而成的人工复合材料，对电磁波有很强的传导调控作用或吸收作用，在航空武器装备隐身设计领域被广泛研究。本文首先介绍了电磁超材料的概念，综述了电磁调控型超材料、电磁吸收型超材料、主动可调型超材料和智能超材料的最新研究进展；然后介绍了航空电磁偏折超材料、电磁吸收超材料和频率选择超材料的隐身机理及应用研究现状，分析认为隐身机理丰富和可设计性强是电磁超材料有别于传统吸波材料的主要优势。从拓展吸波频谱、增强吸波性能、吸波智能可调三方面对电磁超材料提出发展建议，包括吸波频谱进一步向红外、激光、紫外波段拓展，宽频吸波性能进一步提升，吸波频带智能可调。
GH2132合金作为以Fe-25Ni-15Cr为基体高温合金的代表材料之一，因其具有良好的综合性能已成为650 ℃以下广泛使用的高温材料。目前对GH2132合金的研究主要集中在固溶热处理、固溶+时效热处理以及直接时效热处理三个方面，本文总结了近年来对该合金在这三方面的研究，分析了热处理工艺对组织与性能的影响。GH2132合金在固溶处理过程要关注Laves及M3B2相的溶解对晶粒尺寸的影响，防止晶粒粗化，固溶后的合金表现出低强度高塑性的特点。时效处理工艺的制定需结合固溶处理工艺，考虑耦合作用的影响，同时防止发生γ′→η转变，降低强化效果。GH2132合金组织对变形量比较敏感，变形量越大，应选择较低的时效温度或较短的时效时间。
采用单级固溶、低温长时高温短时以及低温短时高温长时双级固溶淬火制度对热轧态Al-Zn-Mg-Cu系铝合金进行固溶处理，并通过OM，SEM，DSC，EBSD等技术手段以及电导率测试等检测方法，系统地对比分析不同固溶方式对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金组织及性能的影响。结果表明：所选用固溶淬火制度不会使组织发生过烧，且能够使组织中的低熔点共晶第二相充分回溶；当选用473 ℃/20 min+477 ℃/40 min双级固溶淬火制度时，板材固溶效果最佳，电导率最低，为27.60％IACS，且组织再结晶程度低于50％，组织中主要存在{112}〈111〉，{011}〈211〉，{123}〈634〉变形织构和{001}〈110〉剪切织构。
为探究NiCrAl-NiC封严涂层在高温熔盐环境下的腐蚀行为，使用大气等离子喷涂技术制备NiCrAl-NiC封严涂层。通过测量NiCrAl-NiC封严涂层的失重情况研究涂层的动力学变化，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、激光共聚焦显微镜等方法，探讨NiCrAl-NiC封严涂层在650 ℃下混合硫氯酸盐（75% Na2SO4 + 25% NaCl）中的热腐蚀行为。结果表明：在进行10 h的热腐蚀实验后，NiCrAl-NiC封严涂层呈现出快速增重状态，增重速率为32.041 mg2·cm−4·h−1。在进行20 h的热腐蚀实验后，涂层由于表面氧化膜的脱落而发生减重现象。在热腐蚀进行了30 h后，涂层表面膜的生长覆盖了整个涂层，涂层表面形貌均匀，表面孔隙减少，可以对基体起到很好的保护作用。在完整的氧化膜的保护作用下，进行了40 h热腐蚀实验的NiCrAl-NiC封严涂层的质量变化速率为0.064 mg2·cm−4·h−1；通过XRD测试探究涂层热腐蚀后氧化膜的组成，发现热腐蚀后涂层表面的氧化膜以NiO和NiCr2O4为主。在热腐蚀过程中，尖晶石结构的NiCr2O4对涂层的热腐蚀起到了阻碍作用，是涂层腐蚀进程缓慢的主要原因。
钙钛矿已经作为高性能航空发动机热障涂层陶瓷的备选材料之一。其在高温、高压和辐照等复杂环境中原子间的相互作用往往非常复杂。经验力场仅考虑了原子间的两体、三体或四体等相互作用，物理假设过于简单，对于复杂环境的势能面往往难以精确描述。机器学习力场能获得远比经验力场准确的势能面。本文采用机器学习方法，针对最常见的钙钛矿氧化物锆酸钡（BaZrO3），提出了基于物理模型的机器学习力场，用来描述 BaZrO3这种典型钙钛矿的静态性质、相稳定性和力学性质。使用密度泛函理论数据库训练了基于物理模型的机器学习力场，计算了静态性质、相稳定性和力学性质。对于静态性质，使用纯机器学习力场和基于物理模型的机器学习力场计算了弹性常数C11、C12和C44，模拟结果与DFT相比，前者的误差为0.34%、8.75%和10.71%，后者的误差为0.34%、2.5%和7.14%，远优于经验力场。对于相稳定性，发现基于物理模型的机器学习力场继承了经验力场在维持相稳定性方面的优势，优于纯机器学习力场。对于力学性能，计算了BaZrO3的四个不同晶向的杨氏模量，发现机器学习力场和基于物理模型的机器学习力场的计算结果与试验值的误差分别为9.22%和1.6%，远低于经验力场的结果。可见，将物理模型融入机器学习力场开发是提升原子模拟精准度的重要途径。
通过溶胶-凝胶法制备Fe3+掺杂镍酸镧钙钛矿陶瓷，探究Fe3+掺杂对其形貌、结构和吸波性能的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分别对Fe3+掺杂镍酸镧的微观形貌、元素分布和物相进行表征，使用矢量网络分析仪测定Fe3+掺杂镍酸镧陶瓷的电磁参数并模拟吸波性能，研究Fe3+掺杂量对镍酸镧钙钛矿陶瓷吸波性能的影响。结果表明：Fe3+离子成功占据了Ni3+离子的晶格位置，形成了钙钛矿结构型陶瓷；Fe3+掺杂后对LaNiO3陶瓷材料的颗粒形貌影响较小；Fe元素在LaNiO3陶瓷材料中分布均匀无团聚；吸波性能最佳的Fe3+掺杂量是0.05，其匹配厚度为1.40 mm，最大峰值可达–18.145 dB，低于–10 dB的频宽有1.42 GHz（9.38~10.8 GHz）。
采用前驱体浸渍裂解（polymer infiltration and pyrolysis，PIP）工艺结合反应熔渗（reactive melt infiltration，RMI）工艺制备氮化硼（BN）包覆SiC纳米纤维（SiCnf）增强SiC复合材料。首先以BCl3和NH3为反应气源，采用化学气相沉积（chemical vapor deposition，CVD）工艺在SiCnf表面制备h-BN界面，再以聚碳硅烷为前驱体，采用PIP工艺制备出SiCnf/SiC多孔陶瓷，并采用酚醛树脂浸渍多孔陶瓷，经裂解获得填充碳，最后采用RMI工艺进行致密化，温度为1500 ℃，保温2 h。研究CVD工艺的沉积温度对h-BN微观形貌的影响和碳含量对复合材料力学性能的影响。使用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、场发射扫描电镜和万能试验机对制备的样品进行表征。结果表明：在750、850℃和950 ℃三种温度下均可制备出h-BN，随着温度的升高，沉积的h-BN界面变得光滑、致密；随着碳含量的增加，SiCnf/SiC复合材料的力学性能随之提高，当碳质量分数为19.24%时，复合材料的抗弯强度和断裂韧度最大，分别为207 MPa和8.63 MPa·m1/2。
针对不同缘条宽度的复合材料薄壁C型柱开展准静态轴向压缩实验，通过CT扫描分析其轴向压缩失效模式及破坏机理，利用吸能特性评估参数分析不同缘条宽度对C型柱轴向压缩吸能特性的影响。建立复合材料C型柱单层壳模型与多层壳模型，通过对比轴向压缩仿真与实验获得的失效模式、载荷-位移曲线以及吸能特性评估参数，来验证模型有效性。结果表明：缘条宽度对C型柱轴向压缩失效模式和吸能特性的影响较大，缘条宽度为25 mm和30 mm的C型柱在轴向压缩载荷作用下能够以稳态渐进的形式发生失效，且吸能特性较好；C型柱多层壳模型仿真获得的平均压缩载荷、总吸能及比吸能偏差在5%以内，单层壳模型仿真获得的平均压缩载荷、总吸能及比吸能偏差在8%以内，多层壳模型轴向压缩仿真精度更高。
在GH5188高温合金异形件表面制备了铂铱薄膜热电偶，并将薄膜热电偶放置于焰流台，测试高温合金异形件表面的瞬态温度。经过高温高速焰流灼烧四个循环，总测试时长达到8700 s后，铂铱薄膜热电偶仍可以稳定获取温度数据。这次实验的成功，说明铂铱薄膜热电偶向工程化应用迈出了重要一步。项目团队瞄准薄膜热电偶工程化应用，研究了薄膜制备技术、界面调控、集成制备及信号与系统等内容，突破了13项关键技术，实现了铂铱薄膜热电偶的工程应用。该项实验的突破使得国内在叶片模拟服役条件下具备测温能力。
