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本文探讨了人工智能技术，尤其是机器学习和自然语言处理技术在失效分析领域的应用与发展趋势。失效分析是确保设备可靠性和安全性的重要手段，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。传统的失效分析方法通常依赖专家经验，而人工智能技术凭借其强大的数据处理能力，与传统方法相结合，极大地提升了分析的精度和效率。在失效模式诊断方面，人工智能技术能够快速准确地识别各种故障模式，并提供精确的诊断结果；在失效原因诊断中，人工智能通过整合多种数据来源，揭示复杂的失效因素和潜在的因果关系，提升了诊断的可靠性；在失效预测方面，机器学习技术能够精确预测材料的寿命和强度，减少实验时间和成本；在失效预防方面，人工智能技术提供了新的思路，能够有效降低失效发生的风险，减少产品维护成本。本文还展望了人工智能技术在失效分析领域的发展前景，提出了在数据质量提升、模型优化、跨学科合作以及伦理与安全等方面的挑战与建议。
纤维增强树脂基复合材料制造工艺是保证其产品结构效率和应用可靠性的关键，通过计算机进行工艺仿真是提高复合材料制造质量与降低制造成本的重要手段。传统工艺仿真依赖于制造过程中的物理化学机理，通过有限元/有限体积等数值计算方法，以及计算机图形学等辅助设计方法来求解相关机理模型的数学方程，目前已在增强体/预浸料的铺覆、树脂的渗透流动、热固性树脂的固化行为、热传导与热交换、非线性力学及残余应力与固化变形预测等方面得到广泛应用。近年来，人工智能（AI）的迅猛发展，其技术基础机器学习（ML）与人工神经网络（ANN）相结合，已用于增强体铺覆、液体成型工艺和热压罐工艺领域，主要目的是数据挖掘和建立降阶模型。前者可以建立工艺条件与制件固化质量、力学性能等之间的关系，后者则可以提高工艺仿真的计算效率。然而受限于纤维增强树脂基复合材料制造过程复杂、不可测、成本高的特点，在AI时代的起点，仅依赖实验获得的数据量难以满足ML的要求，同时数据驱动AI还面临模型代表性、普适性、可解释性不确定的问题。因此，基于物理化学机理的传统工艺仿真可为数据驱动ML仿真提供大量可靠数据，进而通过AI建立更多描述复合材料工艺的定量模型，扩展工艺仿真可计算的过程；同时，通过AI技术提高计算效率后，满足实时性要求的工艺仿真可进化为制造过程的数字孪生（DT），从而可为复合材料降低成本、提高全寿命周期管理的科学性提供新的技术支撑。
稀土永磁材料大规模应用于航空航天、能源技术、交通运输等重要领域，是现代科技不可或缺的关键材料。1∶12（ThMn12）型SmFe永磁材料拥有与钕铁硼相媲美的磁性能和更高的居里温度，是目前已报道永磁材料中理论磁能积最高的材料，且组成元素储量丰富，极具应用潜力。但是该材料存在热稳定性差的难题，导致矫顽力低，无法发挥其潜力。本文分析1∶12相热稳定性差的原因，总结占据不同晶位的合金元素对相稳定性和内禀磁性能的影响规律；剖析影响合金矫顽力的关键因素，揭示制备工艺与矫顽力的内在联系；论述通过多晶位元素共掺杂、控制冷却速度、晶界包覆等方法获得高磁能积1∶12型SmFe永磁体的研究思路，为稀土永磁的发展提供重要参考。
航空发动机是飞机的“心脏”。先进航空发动机正在向高推重比、高效率、低油耗和长寿命方向发展。以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为代表的高温功能涂层应用于航空发动机关键热端部件，起着提升发动机服役性能、服役寿命和安全可靠性的重要作用。本文以热障涂层、热/环境障复合涂层、高温隐身涂层等为例，系统概述了近年来国内外以及北京航空航天大学在高温功能涂层材料设计、涂层制备科学与技术、涂层性能评价表征等方面的研究进展，并展望了先进航空发动机新型高温功能涂层所面临的挑战和发展动向。未来先进高温功能涂层的研究重点将集中在多功能复合涂层、极端环境适应性和工艺适配性等方面。
随着航空发动机涡轮前温度的不断提升，研发新一代航空发动机涡轮叶片用单晶高温合金及其热防护涂层迫在眉睫。为了满足航空发动机复杂的服役环境对高温结构材料综合性能提出的严苛要求，在材料集成计算工程与材料信息学的推动下，近年来国内外逐步开展了单晶高温合金与热防护涂层的智能设计研究，以提高研发效率、降低研发成本。本文重点综述多尺度计算模拟与机器学习方法在推动新型单晶高温合金与热防护涂层设计上的最新研究进展，确证了多尺度计算模拟为揭示单晶高温合金强韧化机理与热防护涂层抗氧化、阻扩散机制所提供的有效理论支撑，展现机器学习在构建高温结构材料“成分-组织-性能”内禀关系上的可靠性与巨大潜力，为新一代高承温单晶高温合金与热防护涂层提供了智能高效的快速研发新路径。
随着全球能源结构的转型和环保要求的提高，混氢燃气轮机作为一种高效、低排放的能源转换设备受到了广泛关注。本文综述国内外混氢燃气轮机的发展现状，分析燃气轮机中氢气燃烧的特性，探讨燃氢对复杂部件的影响及其高温材料的应用，同时分析在高温、高压和腐蚀条件下工作的热端部件材料所需满足的性能要求，以及目前材料研发中的主要挑战与潜在解决方案。详细讨论氢燃烧过程中，水蒸气以及氢脆效应对燃气轮机合金和热障涂层的影响。水蒸气会加速合金的氧化和腐蚀，导致合金力学性能下降。此外，氢脆效应也会严重影响合金的韧性和耐久性，增加裂纹扩展和断裂的风险。针对这些问题，未来研究应重点关注多场耦合模拟和加速腐蚀实验的探究，综合考虑温度、压力、不同气氛等多种因素，建立真实环境模拟器，评估合金和涂层性能。同时应注重氢气和水蒸气同时存在时对高温合金和热障涂层产生的复合效应，深入探究氢在合金中的扩散机制、与晶格缺陷的相互作用和引发氢脆的微观过程。构建高温水蒸气环境下氧化模型，明晰水蒸气在高温下的解离吸附机制，保护性氧化膜Al2O3和Cr2O3的羟基化以及非保护性氧化物（如尖晶石）的生长行为。
单晶高温合金的薄壁效应是指当试样、零件厚度小于1 mm时，其持久寿命减少、蠕变速率增加以及其他力学性能发生显著衰减的现象。随着先进航空发动机单晶叶片零件内部冷却结构的发展，其部分区域结构厚度的减小使其属于典型的薄壁结构，因此在设计与制造叶片的过程中将薄壁区域的薄壁效应纳入考量具有重要工程意义。蠕变性能是航发叶片单晶高温合金材料最重要的性能之一，本文总结了单晶高温合金蠕变性能薄壁效应方面的研究以及薄壁效应研究中发展的先进实验设备。引起蠕变性能薄壁效应的机制包括氧化作用相对增强、各向异性效应更加显著、微观组织的变化、缺陷的萌生与运动方式变化，对蠕变薄壁效应产生影响的因素则有实验条件（温度、应力等），加工方式（直接铸造，机械加工），几何外形（矩形截面、环形截面、打气膜孔）。对单晶高温合金薄壁效应的研究属于工程应用范畴，薄壁件作为“积木式”验证评价技术中“元件级/模拟件级”的一环，在服役环境或近服役环境条件下研究薄壁效应就使得研究结果更具有应用价值，为此，国内外发展了各式各样的实验设备平台用于模拟叶片在发动机内的某一个或几种耦合服役条件（高温、高压、腐蚀/冲蚀、离心加载）。未来薄壁效应的研究应当在更接近实际服役条件下进行，即按实际叶片制造工艺制备实验试样，并在模拟服役环境设备上进行实验。
热电材料能够实现电能和热能高效且清洁的相互转化，在余热回收和电子制冷方面具有重要的应用前景。碲化铅（PbTe）材料已经应用于深空探测领域的温差发电电源，硒化铅（PbSe）材料作为PbTe的同族类似物，有望作为其更为储量丰富、价格低廉的替代品，在中温区温差发电中展现出重要应用前景。近年来，对无Te热电冷却材料和器件需求不断增长，PbSe的研究方向逐渐从中温区发电转向近室温制冷。本文回顾了p型PbSe材料研究进程中所采用的典型优化策略，概述了基于该材料的热电发电和制冷器件的关键研究进展，展示了这一材料重要的发展前景。最后，对未来如何实现p型PbSe材料近室温热电性能的充分开发以及高性能热电制冷器件的制造进行了总结展望，包括整合各种优化策略，优化器件组装技术，确定合适的接触材料，以及开发基于PbSe的无Te热电器件，以推进其在深空探测、激光制冷等关键领域的实际应用。
主轴轴承是航空发动机中重要的安全部件，由综合性能优良的轴承钢制备，材料须具备高表面硬度、高断裂韧度、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等特点。然而，严苛的运行条件使轴承钢因滚动接触疲劳（RCF）而失效，严重影响飞行安全，因此，准确预测轴承钢的RCF寿命是保证航空发动机可靠性的关键。本文综述了航空发动机轴承钢RCF和寿命预测方面的重要研究成果和进展，并且展望了该领域未来的研究方向。文章首先介绍了轴承滚动体和滚道间赫兹接触导致的特殊应力场，其中剪切应力分量在次表面达到峰值，这解释了轴承钢次表面RCF复杂机理的原因，提出在理想条件下次表面起源的RCF是轴承钢的重要失效模式，同时，随着接触应力的增加，材料的响应方式从弹性向塑性演进；此外，由于航空发动机轴承实际服役环境恶劣，表面起源的RCF也会发生，因此存在两者之间的竞争。接着，总结对比了三种对RCF寿命的理论预测思路，即概率模型、机理模型和数值模型，并分析了这三种模型各自的优缺点：概率模型发展成熟，工业界应用广泛，但本质是一类统计学模型，缺少RCF机理，科学性较低；决定性模型通过对物理过程的描述预测RCF寿命，科学性高但模型过于简化，精确性不高；数值模型兼顾了工程实际和科学性，是针对RCF寿命预测问题的有力手段，但精确性有待进一步提升。最后，基于当前的研究现状，建议在未来从解决RCF过程中关键科学问题、通过嵌入RCF机理优化寿命预测模型和发展人工智能在RCF寿命预测的应用这三个方面进行研究。
高强铝合金具有比强度高、加工性能好等特点，广泛应用于航空、航天等领域。腐蚀是影响高强铝合金服役安全稳定的重要因素。本文从高强铝合金的制备工艺出发，重点讨论热处理引起的组织结构变化对高强铝合金耐腐蚀性能的影响，分析高强铝合金的组织结构与腐蚀行为之间的对应关系，提出增强高强铝合金耐蚀性的研究方向。高强铝合金中的元素及相偏析，易导致其组织结构的电化学不均匀，引发基体腐蚀。因此，在合金成分优化的基础上，调控高强铝合金的熔融铸造工艺、加工成形工艺、热处理工艺，制备出元素及第二相分布均匀、电化学性质均一的组织结构，对改善高强铝合金的耐蚀性至关重要。此外，合金中无析出相区域的宽度及晶界析出相间的距离、分布等对合金的腐蚀敏感性具有重要的影响，深入研究并阐明无析出相区域等各类组织结构对合金腐蚀行为的影响规律及机制，是制备高耐蚀高强铝合金的前提。通过优化时效、形变热处理等热处理方法，开发新型的复合热处理方法以平衡高强铝合金的力学性能和耐腐蚀性能。同时，本文论述了高强铝合金耐腐蚀性能的实验方法及评价方法。为了更加高效正确地评估高强铝合金的耐蚀性及服役安全，未来还需要在传统评价方法与数字孪生、虚拟仿真实验、机器学习等现代化数据处理技术的联合使用方面开展进一步的研究工作。
高熵合金作为一种合金设计新范式，近20年来受到研究人员的广泛关注。基于高熵准则的复杂合金颠覆了传统设计观念，展示出更加优异的力学性能与功能特性，成为未来重大工程应用的备选材料。尤其是近年来涌现出一批在低温断裂韧度、高温强度、抗冲击性、抗辐照性和抗疲劳性能等多种性能指标上表现突出的合金体系，是航空发动机、深空深海探测、低温超导和先进核能等重要领域中极具应用前景的重点研究材料。本文将简要介绍高熵合金的概念与发展，综述高熵合金在极低温至超高温、高速冲击以及高核能辐照等多种极端条件下的实验研究进展。梳理高熵合金的强韧性协同提升策略，提炼高熵合金在不同极端载荷下的变形机制和物理化学性质。可以预见，通过精细调整合金元素的选择与比例、优化热处理工艺等手段高效构筑多尺度序构进一步提升材料的综合力学性能将是高熵合金的主要发展方向。对于极端载荷环境用高熵合金的深入研究，一方面要继续深挖极端载荷下合金的微观变形机制，提出解决强度与塑韧性矛盾的新策略，利用机器学习等最新材料计算工具提升研发效率，结合先进表征技术了解微观结构。另一方面也要针对现有优势体系的不同强韧化机制设计优化策略，尤其关注能够激发位错、孪晶和相变等多种强韧化机制协同的体系和增材制造等新的加工方法。此外，进行更贴近极端服役环境的模拟实验，获取更多贴合实际情况的工程数据是加快高熵合金在极端环境中具体应用的重要环节。
作为一种典型的陶瓷基复合材料（ceramic matrix composites，CMC），SiCf/SiC复合材料具有高比强度、耐高温、抗氧化和抗热震等优点，在航空航天领域应用前景广阔。纤维和基体中间的界面相具有保护纤维、传递载荷、偏转裂纹等作用，赋予SiCf/SiC复合材料伪塑性断裂特征。界面相的设计方案会显著影响其微区性能，进而影响SiCf/SiC复合材料宏观力学性能和损伤失效模式。近年来发展的基于聚焦离子束（focused ion beam，FIB）的微纳加工技术和基于纳米压痕的微观力学测试技术是表征SiCf/SiC复合材料界面相微区性能的有效手段。本文综述了SiCf/SiC界面相现有设计方案及界面相微区性能对增韧效果的影响机制，重点总结了单纤维顶出/顶入、微柱压缩等小尺寸力学测试（small-scale mechanical testing，SSMT）技术的应用现状及各方法的适用条件和优缺点。最后，对CMC界面相微区性能研究的发展趋势做了初步展望，并指出测试方法的标准化、测试环境的高温化及测试数据的模型化是未来的主要发展方向。
碳材料具有高比表面积、高介电常数和优异的导热性和导电性的特性，而钛酸钡介电性能优异，将二者复合可有效防控电磁污染。鉴于此，采用静电纺丝法制备BaTiO3/PAN纳米纤维膜，再经预氧化、高温碳化处理得到了BaTiO3/碳纳米纤维（BT/C）网状复合吸波织物，所制备出的吸波织物兼具轻、薄、宽频吸收的优点。结果表明，2.0% BT/C具有最佳的综合性能，碳纤维排列致密，BaTiO3晶型完整、分散良好，且在2.3 mm处的反射损耗达−61.72 dB，最大的吸波带宽达到8.5 GHz，具有优异的吸波性能。
2024高强铝合金的铸态组织对其热加工性能及最终使用性能具有重要的影响。通过调控2024铝合金的Cu，Mg含量以及凝固速率，探究Cu/Mg质量比以及凝固速率对铸态组织的影响。结果表明：随着Cu/Mg比从2.1提高到4.1，合金中第二相种类没有发生变化，但Al2CuMg含量逐渐下降，Al2Cu和Al23Cu（Fe，Mn）4的含量逐渐升高。当凝固速率从0.2 ℃/s提高到2.4 ℃/s时，合金的晶粒尺寸明显细化，平均晶粒尺寸从293.0 μm减小到77.0 μm，枝晶变得发达，枝晶臂间距减小，并且第二相的尺寸变得细小且分布更加均匀，Al23Cu（Fe，Mn）4难溶相的含量明显降低。可以通过降低合金中Cu/Mg比和适当提高凝固速率来减少富铁难溶相的生成，从而改善合金的加工性能和力学性能。
采用钛合金碰撞摩擦点燃装置，将TC4钛合金转杆与TA7等钛合金碰摩试样进行碰撞以及持续摩擦，结合SEM等微观分析，对TA7和TC11钛合金抗点燃性能及产物进行研究，并得出了在这一特殊摩擦条件下的实验结果。研究结果表明：摩擦接触压力Pf和燃烧室压力P可作为有效的实验参数评价钛合金的碰摩点燃过程；根据Pf-P绘制的3种钛合金临界点燃曲线均呈线性规律，抗点燃性能：TC11 > TA11 > TA7；对碰摩点燃后的钛合金进行微观组织分析表明，钛合金燃烧反应区包括燃烧产物区（CPZ）、氧化物区（OZ）、热影响区（HAZ）以及摩擦产物区（FPZ）共4个区域；TC11点燃后形成的多层结构Al2O3有利于阻止Ti、O等元素互扩散，是其具有更优异抗碰摩点燃性能的主要原因。
