二甲苯热解制备C/C复合材料的组织结构及力学行为研究

采用薄膜沸腾化学气相渗透技术,950～1 150℃下热解二甲苯对二维针刺炭毡致密化,30～35 h内制备出平均密度达1.72～1.74 g/cm3的C/C复合材料.采用排水法测量材料的密度,三点弯曲法测试材料的力学性能,偏光显微镜、扫描电子显微镜研究热解炭基体的组织结构和弯曲试样的断口形貌.结果表明,沉积温度为950℃时,热解炭在材料的轴向及径向呈现出从粗糙层(RL)向光滑层(SL)结构转变的趋势;在1 050℃和1 150℃条件下沉积的热解炭均为RL结构,且沉积温度为1 050℃时材料的密度分布较为均匀;当沉积温度由950℃升高至1 150℃时,C/C复合材料的弯曲强度从158.9 MPa降低到133.6 MPa,断裂方式也由脆性断裂转变为假塑性断裂.     

激光选区熔化成形Ti6Al4V合金的热处理组织演变机理

激光选区熔化(SLM)Ti6Al4V成形构件需要通过热处理改善其塑性。为探究该过程中的组织特征和演变机理,研究了Ti6Al4V试样固溶时效热处理(910℃/8 h水冷,750℃/4 h炉冷)前后的微观形貌和力学性能。结果表明:沉积态的马氏体α′相尺寸具有层次结构;热处理相变时初生马氏体α′发生分解,小尺寸马氏体α′转变为β相,随后发生β→(α+β)转变,最后得到α相片层和精细(α+β)相结构均匀分布的组织;热处理后材料抗拉强度达1 055 MPa,延伸率提升至16.2%,均优于典型Ti6Al4V合金拉伸性能。采取的热处理技术对Ti6Al4V组织调控成效显著,满足后续工艺要求,可在激光选区熔化成形双相钛合金中推广应用。     

激光熔化沉积15-5PH沉淀硬化不锈钢组织及拉伸性能

利用激光熔化沉积技术制备15-5PH沉淀硬化不锈钢板,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)技术,对沉积态组织进行分析,测试沉积态组织的室温拉伸性能。结果表明:激光熔化沉积15-5PH不锈钢沉积态组织由沿沉积增高方向贯穿多层外延生长的柱状晶组成,柱状晶内包含多个细长整齐排列的胞状树枝晶,枝晶内为马氏体组织,枝晶间为铁素体;沉积态组织中弥散分布大量细小的NbC析出相,尺寸12～20 nm;15-5PH不锈钢沉积态组织具有良好的力学性能,纵向抗拉强度和延伸率分别为1 128.5 MPa和14.0%,横向抗拉强度和延伸率分别为1 101 MPa和12.25%。     

K42O2高温合金激光选区熔化成形微观组织研究

为了实现激光选区熔化成形(SLM)这项新工艺在液体火箭发动机高温合金结构上的推广应用,明晰其强化机理以及研究相应的热处理制度,对激光选区熔化快速凝固条件下组织形成及演化规律、第二相析出特点进行了分析和讨论.采用SLM成形K4202镍基高温合金试样,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等理化分析手段,将基于ANSYS生死单元技术的温度场数值模拟结果和经典凝固理论相结合,揭示了其组织特征及演化规律:沉积态表现为外延生长柱状晶,层间可见层带组织,顶部出现转向枝晶和二次枝晶臂,γ'强化相和碳化物的析出受到抑制.     

K4202高温合金激光选区熔化成形微观组织研究

为了实现激光选区熔化成形(SLM)这项新工艺在液体火箭发动机高温合金结构上的推广应用,明晰其强化机理以及研究相应的热处理制度,对激光选区熔化快速凝固条件下组织形成及演化规律、第二相析出特点进行了分析和讨论。采用SLM成形K4202镍基高温合金试样,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等理化分析手段,将基于ANSYS生死单元技术的温度场数值模拟结果和经典凝固理论相结合,揭示了其组织特征及演化规律:沉积态表现为外延生长柱状晶,层间可见层带组织,顶部出现转向枝晶和二次枝晶臂,γ'强化相和碳化物的析出受到抑制。     

UltraFlex太阳电池阵的结构优化

以提高圆形太阳电池阵的展开过程稳定性和固有频率为优化目标，以UltraFlex太阳电池阵为模型，采用有限元软件SAMCEF对其进行结构优化。以承重梁材料、斜梁开口高度、斜梁位置、梁截面高度及厚度5种结构参数为优化变量，进行了多种工况的展开动力学仿真和模态计算。经分析发现，结构展开后期太阳毯与支撑梁拉扯会导致支撑梁剪切应力激增；梁材料、斜梁位置与支撑梁截面高度对太阳电池阵的展开过程稳定性影响较大；当梁材料为碳纤维，斜梁位置为1100 mm，梁截面高度为20 mm时，展开过程稳定性最好；斜梁位置和承重梁截面厚度对结构固有频率影响较大；当斜梁位置为900 mm或1100 mm、承重梁截面厚度从3 mm增至3.5 mm时，系统固有频率涨幅最大，由此带来的质量增加可以接受。     

激光选区熔化成形SiCP/AlSi10Mg复合材料工艺及性能研究

为研究激光选区熔化(SLM)成形技术制备SiC颗粒增强AlSi10Mg复合材料的成形机理,开展了SLM成形工艺参数(扫描间距、扫描速度)对致密度、机械性能等影响情况的研究。结果表明:所制备试样中SiC增强颗粒分布均匀,并与基体具有连续相容的冶金结合界面。当激光扫描速度从900 mm/s升高到2 100 mm/s时,在不同的扫描间距下,复合材料试样致密度均随之降低；当扫描间距在0.09～0.12 mm内变化时,在不同的扫描速度下,致密度变化趋势并不一致；在激光功率490 W、铺粉层厚0.04 mm、扫描间距0.12 mm、扫描速度900 mm/s时,制备的SiC颗粒增强AlSi10Mg复合材料试样得到最佳综合性能(相对密度99.1%,显微硬度198.7 HV0.2,抗拉强度341.9 MPa)；在该最佳工艺参数下,成功制备出复杂结构的薄壁零件。研究为SLM成形SiCP/AlSi10Mg复合材料在航空航天和空间领域的应用提供了理论基础和实验依据。     

正丁醇等温CVI工艺制备C/C复合材料

以正丁醇为前躯体,N2为载气和稀释气,以2D炭毡为预制体,在负压和沉积温度为1 150℃的实验条件下,采用等温化学气相渗透(ICVI)工艺制备出C/C复合材料制品,讨论了沉积时间与密度的变化规律以及预制体内部密度分布规律。利用三点弯曲测定了材料的弯曲强度,采用偏光显微镜、扫描电镜观察了材料的组织结构和断口形貌。结果表明,试样的组织结构以具有靠近纤维部分为中织构热解炭组织,外部为高织构热解炭组织特征,断裂方式为假塑性断裂,并且具有优异的力学性能。研究表明丁醇中氧元素的存在并未在高温下对炭纤维产生腐蚀破坏作用,正丁醇可以作为前躯体中的一种组分用于CVI工艺热解制备高性能C/C复合材料。     

纤维缠绕复合材料圆柱网格结构的稳定性分析及优化设计

为获得高承载效率的网格结构,利用有限元法对纤维缠绕复合材料圆柱网格结构的稳定性进行了分析.结合ANSYS的二次开发语言APDL编写了圆柱网格结构优化设计程序,并运用该优化设计程序研究了网格结构载荷质量比随缠绕角度、截面高宽比、环筋条数以及纵筋对数的变化规律.对于D=480mm,H=210mm,筋横截面积A=28mm2的复合材料网格结构;从理论上得出较优的设计参数:高宽比7:4,缠绕角度30度,环筋条数3条.纵筋对数51对.最后,参照优化设计结果制造了相应尺寸的网格结构并在INSTRON1346材料疲劳强度试验机上进行了轴压实验,实验结果表明:利用有限元方法可以有效预测复合材料网格结构极限轴压并进行优化设计.     

工艺参数对CVD制备热解碳界面层厚度的影响

以甲烷(CH4)为碳源先驱体,以三维针刺碳纤维预制体为沉积基体,研究了化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)工艺过程中沉积时间、沉积压力以及预制体厚度对热解碳界面层沉积厚度的影响,并在此基础上优化了在碳纤维表面制备合适厚度的热解碳界面层所需的CVD工艺参数。结果表明,针对现有反应腔体,5 mm厚碳纤维预制体试样,采用1 000℃的沉积温度,CH4流速500 ml/min,沉积时间10 h,沉积压力5 kPa,可在预制体内外碳纤维表面沉积得到厚度合适的热解碳界面层;当碳纤维预制体厚度增至10 mm,则沉积时间应延长至15 h,压力维持不变,可沉积得到合适厚度的界面层。     

脉冲TIG焊参数对铝合金焊缝组织与性能的影响

通过采用脉冲变极性TIG焊接方法对1.5 mm厚的5A06铝合金和L3纯铝以及3 mm厚的5A06铝合金和5A06铝合金试板进行焊接试验,研究了在其它两个条件不变的情况下脉冲频率、基值电流和占空比分别对焊缝组织与力学性能的影响规律。研究结果表明:当脉冲频率为100 Hz,基值电流为峰值电流的10%～33%,占空比为50%～66%时,焊缝具有良好的组织和力学性能。     

航天器舷窗玻璃超高速撞击损伤与M/OD撞击风险评估

用北京卫星环境工程研究所的18mm口径二级轻气炮(TLGG)和20 J激光驱动微小飞片装置(LDFF-20)对用作航天器舷窗玻璃的熔融石英玻璃的超高速撞击损伤特性进行了实验研究和分析.其中,TLGG发射的球形铝弹丸直径分别为1 mm和3 mm,速度2～6.5 km/s;LDFF-20发射的圆柱形飞片厚度7 μm,直径1 mm,速度1～8.3 km/s.撞击结果为:对12 mm厚的熔融石英玻璃,直径为3mm的弹丸甚至在2.8 km/s的低速下就将其穿透,而直径为1 mm的弹丸在6.5km/s的高速下没有穿透,这说明弹丸直径对撞击损伤特性有很强的影响;LDFF-20发射的微小飞片的撞击仅在玻璃表面产生很浅的凹坑,没有裂纹产生,但微小飞片的累积撞击损伤明显地降低了玻璃的透光性.实验初步获得了侵彻深度PC、侵彻直径D1与弹丸撞击速度Vp、弹丸质量Mp之间的经验关系.依据实验结果和目前的微流星体/空间碎片(M/OD)环境工程模型,建议对于高度为400 km、轨道倾角42°、寿命为3年的典型航天器,其舷窗玻璃的临界安全(非穿透)厚度至少为12mm.     

纳米二维黑磷的PTFE薄膜涂层的制备及其摩擦性能研究

采用旋涂法在7050铝合金表面制备了内含0、1.3%、3.8%纳米二维黑磷的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜涂层。选择载荷为1N(接触压力为501MPa)、2Hz频率和5.3mm滑动行程条件下(平均线速度为21.2mm/s),使用球-盘摩擦仪进行摩擦磨损试验。利用环境扫描电镜(ESEM)和三维白光显微镜分别对涂层磨痕形貌和磨损率进行表征。黑磷含量为1.3%和3.8%的PTFE涂层的摩擦系数(COF)分别降低了23%(COF:0.079)和27%(COF:0.074),其磨损率分别从2.554×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)降至0.758×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)(降低70.3%)和0.156×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)(降低93.8%)。结果表明,纳米黑磷材料与PTFE的复合膜不仅具有较好的润滑作用,而且能有效提高PTFE的耐磨性。     

缝合连接三维编织复合材料弯曲性能试验研究

研究了缝合密度、搭接长度和编织角对缝合连接三维编织复合材料弯曲性能的影响.实验结果表明,搭接长度和缝合密度对弯曲性能影响较大,不同缝合密度试件的弯曲强度均与搭接长度成正比;搭接长度25、40、55 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而增大,但编织角35°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而减小,编织角20°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增大呈现先增大后减小的规律;编织角对搭接长度70 mm试件的弯曲性能影响显著,对于中密度和高密度缝合试件,编织角20°的试件弯曲强度大于编织角35°的试件,而在低密度缝合试件中表现出相反的规律.     

CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展

超高速撞击试验是开展载人航天器及大型应用卫星空间碎片超高速撞击风险评估和防护设计的基础,作为我国航天器环境效应和可靠性工程验证部门的北京卫星环境工程研究所在这个领域做了大量的工作。文章介绍了二级轻气炮超高速撞击地面模拟试验技术、典型防护结构防护性能的超高速撞击试验验证、载人航天器外露材料超高速撞击特性、毫米级弹丸7 km/s以上超高速稳定发射技术探索、高性能防护结构研究等方面的若干近期进展。展望了我国空间碎片防护需求和地面超高速撞击试验研究的发展方向。     

基于高效垂直互连的X频段三维交叉合路网络

针对射频微波系统小型化、一体化、低成本设计需求,利用HFSS软件3D建模仿真研究微波毫米波多层板高密度垂直互连技术,对比不同结构参数的频率特性,在结构上通过加载层间焊盘改善特定频段内传输性能,在DC^20GHz内回波损耗小于–20dB。基于该高效垂直互连技术,实现32路信号输入4波束输出交叉网络3D垂直合成,体积仅为125mm×30mm×1.8mm,经测试带内插损≤10.95dB,驻波比≤1.4,较好地实现了X频段合路输出功能。     

中频比较辐射计的设计和实验

叙述了 3mm中频比较辐射计的工作原理、电路结构、特性分析及实验结果 ,研究表明 ,这种辐射计不需 3mm开关 ,其稳定性优于全功率辐射计 ,而成本和尺寸均与全功率辐射计相差不大 ,完全可以满足小型化、实用化的需要。     

钛合金弧板类零件冲压成型回弹仿真计算

采用板料成型仿真软件Pamstamp对钛合金Ti-15-3材料弧板零件冲压成型回弹进行仿真计算,预测了不同阴模型面圆弧尺寸冲压成型后的回弹量.依据计算结果优选的阴模型面圆弧尺寸设计了成型模具,并进行了冲压成型试验.零件试验件型面尺寸与设计型面尺寸最大相差0.15 mm,满足不大于0.2 mm的要求.结果表明：采用仿真软件Pamstamp进行回弹仿真计算对Ti-15-3材料弧板成型模具设计和零件快速制造是可行的;采用本计算结果减少了模具返修次数,降低了成本,提高了钣金成型质量和生产效率.     

空气泄入式扩压器内流场分析

空气泄入式扩压器是发动机高空模拟试验设备,扩压器内流场情况是评价扩压器性能的重要依据。使用CFD软件分析计算了三种不同空气间隙（0mm,10mm,20mm）的扩压器模型,得到了不同间隙下扩压器内流场压力、温度等参数的分布情况。探讨了发动机喷管偏心对扩压器内流场造成的影响。计算结果与试验数据相吻合,证明扩压器模型正确。     

小卫星空间模拟器KM3B的研制

空间模拟器是用来模拟空间的真空、冷黑及太阳辐照环境,完成卫星的热平衡、热真空试验,满足卫星研制需要的关键地面大型试验设备。文章概要介绍了研制的一台有效试验空间为φ3 800 mm×4 800 mm的空间模拟器的组成、采用的模拟技术、调试及使用情况。使用结果表明:该设备的各系统运行稳定、可靠,模拟室的真空度、污染量、热沉温度、红外热流模拟系统、温度测量系统等均能满足卫星整星热平衡、热真空试验的要求。