SiC／Al复合材料的电阻率

探讨了用电阻法测量SiC/Al复合材料中纤维体积分数的可能性。同时,还研究了该复合材料经不同温度下处理后电阻率的变化。结果表明,只要将实测SiC/Al复合材料的电阻率乘以0.95,用电阻法确定其纤维体积分数是可行的。在873K以下处理SiC/Al复合材料后其电阻率无明显变化。在873K以上处理后其电阻率明显升高,表明用电阻法分析和判断SiC/Al复合材料中的界面反应是可能的。     

SiCp/Al材料铣磨加工有限元仿真分析

针对SiCp/Al复合材料的特性,建立了二维铣磨加工有限元模型,研究了其在铣磨过程中,应力与温度的分布情况及铣磨力的变化规律。研究结果表明:加工过程中,Al基体与SiC颗粒分界面附近的应力值远高于其他部位,最先发生剪切破损;Al基体的加工温度扩散的也更为迅速;随着切削速度的上升,铣磨力均呈下降趋势;随着进给速度与径向切深的增加,铣磨力均呈上升趋势。     

浸渗时间对C/C-SiC复合材料显微结构和力学性能的影响

采用反应熔体浸渗法,经不同的浸渗时间渗Si制备了3种不同的C/C-SiC复合材料,测试了材料的增重率、体积密度、断裂韧性及三点弯曲强度,分析了材料的物相组成,并观察了材料的显微结构.结果表明,在得到的C/C-SiC复合材料中,主要存在纳米级和微米级2种尺度的SiC颗粒,随着浸渗时间延长,材料的体积密度和SiC含量随之增加,但抗弯强度随之降低.浸渗时间从0.5 h延长到5 h,材料的密度从2.16 g·cm-3增加到2.21 g·cm-3,SiC的质量百分含量从21.54%增加到31.72%,三点弯曲强度从133 MPa下降到86 MPa,3种复合材料均表现出一种类似于金属材料的非脆性断裂行为,断裂应变约为1.3%,断裂韧性为9～10 MPa·m1/2.     

碳化硅纤维增强铝复合材料疲劳性能及疲劳破坏机理研究

介绍了SiC/Al复合材料单向板和正交板试样的拉—拉疲劳特性和疲劳破坏机理研究结果。研究结果表明,SiC/Al板试样拉—拉循环5×10~4次后,其剩余静拉伸强度系数超过0.87,随着循环应力水平的提高,材料的剩余静拉伸强度几乎没有变化,但声发射信号的起始峰值向应变增大方向移动;疲劳将导致复合材料表面产生温升,通过测量材料表面温度的变化,可以提前预告SiC/Al复合材料的疲劳破坏。     

纳米颗粒SiCp/Al复合材料车削特性试验研究

针对纳米颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料在航空航天领域的应用需求,采用试验的方法,研究不同刀具材料和不同刀具几何参数对切削加工纳米SiCp/Al复合材料加工表面粗糙度和切屑形貌的影响。试验结果表明,相同切削参数下,PCD刀具比硬质合金刀具能获得更低的已加工工件表面粗糙度,微崩刃的存在是导致硬质合金刀具加工时工件表面粗糙度升高的主要原因之一;增加刀具的锋利度能够获得较低的工件表面粗糙度,较大的主偏角表面粗糙度变化较剧烈;由于纳米颗粒增强相的不均匀分布和材料内部存在微裂纹,在切削时导致切屑呈不规则的锯齿状,基体的断裂模式是该现象产生的主要原因。文中的研究成果将为进一步分析纳米SiCp/Al复合材料的切削机理提供必要的试验基础。     

复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征

复合固体推进剂脱湿涉及导弹武器的贮存和使用情况。针对复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征开展研究。首先为研究复合固体推进剂在外界载荷作用下的细观损伤演化规律,基于随机序列吸附法、热膨胀原理和分步填充的思想,实现了高体积分数颗粒填充,并通过几何合并的方式,加入粘合剂基体和颗粒/基体界面,建立了高体积分数固体推进剂三维细观结构模型。该细观几何模型将固体氧化剂(AP)颗粒与羟基封端的聚丁二烯(HTPB)粘合剂基体的连接界面处设定为内聚力单元,基于双线性损伤内聚力模型,考虑粘合剂基体与时间相关的粘弹特性,开展了不同应变率下固体推进剂的颗粒/基体界面脱湿数值模拟。提取内聚力界面单元高斯积分点的几何体积和刚度衰减率SDEG数据,定义固体推进剂材料内部脱湿面积,对其细观损伤进行了定量表征。结果表明,该三维细观结构模型能有效表征固体推进剂的细观结构。在外界载荷作用下,颗粒/基体界面脱湿容易出现在大颗粒及颗粒比较密集的区域,界面损伤导致颗粒承载能力下降,且应变率越高,推进剂内部越容易出现损伤。     

Al/Mg阻抗梯度材料超高速撞击机理数值仿真研究

文章采用数值仿真方法研究了Al/Mg阻抗梯度材料在超高速撞击下的响应过程,分析了冲击波在阻抗梯度材料中的传播规律,计算了撞击过程中的能量耗散情况,并与弹丸撞击铝合金靶的结果进行了比较。研究结果表明,相对于铝合金材料,Al/Mg阻抗梯度材料：1）延长了冲击波的传播时间,使峰值压力脉冲的比冲量提升了30%～50%;2）提高了塑性功和内能转化量,使不可逆功增加了10%。由此证明阻抗梯度材料的防护性能优于铝合金。     

基于NSGA-Ⅱ算法优化的SiC_p/Al复合材料超声磨削表面评价研究

碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al)具有优异的机械物理性能,也是一种典型的难加工材料,加工表面易产生裂纹、凹坑等缺陷,使用表面粗糙度难以有效表征评价该类材料的表面加工质量。针对SiC_p/Al复合材料加工表面质量表征评价困难的现状,文章提出了综合反映SiC_p/Al复合材料已加工表面形貌特点的特征参数Scr的概念,并以其为优化目标,基于NSGA-Ⅱ算法对SiC_p/Al复合材料超声振动磨削加工进行了工艺参数优化,获得了优化工艺参数组合为主轴转速n=15 000 rpm、进给速度v_f=5 mm/min、磨削深度a_p=15μm、超声振幅A=5μm。对工艺参数优化方法的有效性进行了实验验证,结果表明,采用优化后的工艺参数提高了SiC_p/Al复合材料的加工表面质量,特征粗糙度能够有效表征SiC_p/Al复合材料的加工表面质量。     

同轴型微阴极电弧推力器的设计及性能测试

为了给微纳卫星在轨动作提供合适的推力,研制了一种同轴型微阴极电弧推力器(CA-μCAT),采用同轴布置的棒状阳极和圆筒形阴极,利用真空环境下电弧放电产生的高温烧蚀金属阴极,电离产生等离子体,并在多物理场耦合作用下高速喷出推力器产生推力。文章分别对该推力器的放电特性、推进剂烧蚀速率、等离子体离子电流、元冲量等多个参数进行了测量与分析。结果表明,该推力器能够持续稳定点火运行,电离率在4%～7%;无外加磁场下,元冲量和比冲分别为0.485μN·s和195.6 s;在磁感应强度为0.044 T时,元冲量和比冲分别为1.285μN·s和518.2 s;平均推力在10μN量级。     

激光选区烧结用SiC复合粉体制备及其成型特性研究

为解决用激光选区烧结技术(SLS)制备复杂结构SiC镜坯素坯的瓶颈,用溶剂沉淀法和机械混合法分别制备含有尼龙(PA)和环氧树脂(E12)的SiC复合粉体,并对两种粉体进行性能表征和SLS成型。研究表明:用溶剂沉淀法制备的PA/SiC粉体由原粒径20~130μm的球变为尺寸较小的不规则块体,只能成型出强度较低的素坯;用机械混合法制备的E12/SiC粉体为表面有一层均匀包覆物的球体,成型效果较好。在E12质量分数15%,激光功率7 W,扫描速度2 000 mm/s时,制备的SiC素坯获得最佳的综合性能(相对密度39.3%,抗弯强度1.26 MPa),满足后续工艺要求。在最优工艺条件下,成功制备出SiC镜坯素坯。     

高体积分数SiCp/Al复合材料航天结构件的铣磨加工

通过工艺试验,研究了工艺参数对铣磨力与铣磨表面质量的影响。结果表明,较高的主轴转速、较低的进给速度与铣磨宽度是降低铣磨力的有效手段,铣磨工具的磨粒颗粒度是影响铣磨表面质量的主要因素。通过对一系列典型高体积分数Si Cp/Al复合材料航天结构件进行样件加工,验证了铣磨工艺的可行性与有效性。     

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。     

Ag/Ni@SiO2/环氧树脂电磁屏蔽涂层的制备及性能研究

为获得Ag/Ni@SiO_2/环氧树脂电磁屏蔽涂层的最佳性能,预制了平均粒径为550 nm、磁导率为3.133 2×10~(-5)H/m的二氧化硅镀镍镀银(Ag/Ni@SiO_2)纳米微球,以该微球为填料,环氧树脂为基体,制备了不同含量填料、不同固化温度及固化时间的电磁屏蔽涂层样品,测试其导电性能、导磁性能及电磁屏蔽性能。测试结果表明,在设定固化温度为90℃、固化时间为2 h下,当填料质量分数为65%时,涂层体积电阻率到达渗滤值,当填料质量分数达到70%时,材料内部形成完整导电网络,体积电阻率趋于平缓;最优固化工艺为固化温度110℃,固化时间3 h,填料质量分数达80%的导电涂层材料导涂层的磁导率为9.964×10~(-6)H/m,饱和磁化度为0.020 62 A·m~2/kg,体积电阻率达到0.018 8Ω·cm。涂层在2.25～2.65GHz和6.57～9.99 GHz频段下,传输效能分别为-54.8、-40.6 d B,填料含量大于70%时涂层对电磁波全反射。     

HTPB推进剂细观损伤及载荷传递行为数值模拟

为了研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂细观损伤及传力特性,基于粘超弹性材料本构和双线性内聚力模型,结合DIGIMAT建立了推进剂代表体积单元(RVE)模型,通过应力集中因子和载荷传递系数定量分析了颗粒和基体之间的载荷传递及应力集中程度。结果表明,颗粒位置随机并不会对力学性能造成明显的影响,但颗粒发生“脱湿”的位置改变可能会影响裂纹扩展的路径;颗粒的长径比越大,应力集中现象越明显,相较于椭圆形颗粒,圆形颗粒的界面更容易发生“脱湿”损伤;大颗粒含量越高,初始阶段颗粒的应力集中程度越大,基体的应力集中程度越小,载荷传递的效率越高,脱粘后变化趋势相反,同时大颗粒含量的增加会加快界面损伤的进程,加剧界面损伤的程度;颗粒体积分数越大,颗粒和基体的应力集中因子都将逐渐增加,初始阶段载荷传递效率越低,脱粘后载荷传递效率越高。     

高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性研究

研究高压太阳电池阵静电放电产生脉冲信号的特性,有助于深入了解太阳电池阵充放电形成机制。在试验中,利用电子枪模拟GEO空间带电环境,辐照太阳电池样品表面。利用电流探头CT-2、单极子天线和数字存储示波器测量静电放电所产生的脉冲电流、辐射电场并记录其波形。试验结果表明:太阳电池在静电放电过程中产生了脉冲宽度为几μs的瞬态电流,其峰值幅度为几A;辐射电场的脉冲信号持续时间几百ns至几个μs,其峰值幅度达数百V/m。脉冲信号的时域特征表现为脉冲群,其波形具有陡峭的前沿,能量分布的频率范围主要集中在0.1~50 MHz之间。最后根据上述研究对在轨静电放电测试仪的设计提出建议。     

高能电子辐照下聚合物介质深层放电实验研究

为揭示聚合物介质材料在连续能谱高能电子辐射下的深层放电规律特征,利用~(90)Sr放射源对聚四氟乙烯(PTFE)材料进行了不同条件的辐照实验。对采集的大量放电数据进行统计分析发现,电子辐照累积时间、入射电子通量以及温度都会影响介质的放电风险以及放电脉冲特征。高能电子对样品持续数天的累积辐照会降低介质自发放电的阈值条件,辐照后期放电更加频繁,但放电强度会减弱。入射电子通量越低时,放电风险越小;通量越高时,放电频率越高,高强度放电事件的发生概率也越大。温度主要通过影响介质的电导率而影响其深层放电特性,温度下降时介质本征电导率降低,充电电位和放电风险增加;一旦发生放电,放电电流脉冲的平均幅度也更大。     

Al/AP粉末发动机燃料喷射流场的数值研究

为研究Al/AP粉末发动机燃料输送方式对粉末分散及混合效果的影响,利用气相控制方程、湍流模型、欧拉模型,对金属粉末发动机粉末燃料喷射掺混过程进行了详细的数值模拟。数值计算结果表明:固相体积分数和喷射入口有无锥体结构对流场参数具有较大影响。随着Al/AP粉末入口固相质量分数增加,粉末混合区域由燃烧室尾部向燃烧室头部移动。入口处安装锥体有利于粉末在燃烧室内分散,燃烧室头部颗粒相质量分数增加,轴线上平均固相质量分数降低,喷管前粉末局部积聚现象消失。     

等离子体电弧激励器特性及减阻的仿真研究

设计了一种用于高超声速流动控制的等离子体直流电弧激励器,运用多物理场有限元方法对激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器准确热源分布和不同工况下电势、温度等的分布情况。其中,表面电弧激励器在电流7 A、阴阳极距离3.5 mm时在阴极表面最高能得到2.690 5×10~(10) W/m~3的热源值。运用有限体积方法对激励器的斜坡减阻效果进行了数值模拟,得到马赫数为7时总阻力系数最多减小32%的结论。     

SiCp/Al复合材料的Fe11+离子辐照实验研究

为了解辐照对航天电子元器件封装基板复合材料SiC_p/Al的影响，利用3 MeV Fe11+束流进行了不同注量下的辐照实验。辐照完成后，利用X射线衍射（XRD）仪和纳米压痕仪对材料进行表征分析。XRD分析表明，Fe11+离子入射后材料辐照层应力发生了变化。结合对应的理论模型，对铝基体的位错密度进行计算，发现辐照后铝基体的位错密度增加，SiC颗粒产生非晶化。纳米压痕测试表明，随着离子注量增加，材料辐照硬化程度增加。综上，辐照硬化可能是由于铝合金基体的应力变化导致产生局部高密度位错区，而这些区域阻碍了后续位错的运动，进而导致位错聚集，最终使得材料硬度增加。     

微型脉冲推力器点火启动过程计算与点火药量选择

建立了微型脉冲推力器点火启动模型,模型中考虑了两相流动和颗粒对推进剂表面的冲击传热。根据数值计算结果,给出了不同产物颗粒含量下的点火药量选择参考范围。该参考范围对于产物颗粒含量小于50%的点火药是适用的;由于过多的颗粒含量将对装药表面产生强烈的热力冲蚀破坏作用,产物颗粒含量超过50%的点火药不适合微型火箭发动机。