Preparation, microstructure and hydrolysis performance of highly active AI-Li alloys

研究了机械球磨法制备的铝锂合金微观结构与水解性能,考察了金属锂含量和其他金属掺杂的影响,并探讨了相关的改善机制及水解机理.结果表明,增加锂含量和其他金属(X:Bi,Sn,Ga和In)掺杂,可明显改善铝合金的水解性能.通过XRD、SEM和水解测试等实验分析,增加锂含量的作用在于:在球磨过程中减小合金粉颗粒尺寸；金属锂水解释放大量的热量和碱性物质LiOH改善铝的水解动力学.其次,掺杂金属X与金属锂形成金属间化合物LiX,LiX与AIX在水中易形成双重腐蚀电池,促进了金属铝的水解动力学.     

铝水推进剂用高活性铝基燃料制备及水解性能研究

采用机械球磨法制备了一系列高活性铝基燃料,并通过XRD、SEM和水解性能测试考察了盐和氢化物掺杂对铝合金性能的影响。结果表明,氢化物(盐)的加入明显改善了铝合金水解性能。以Al-10%Bi-10%MgH2合金水解为例,1 g该合金水解产生783 ml/g氢气(不包含0.1 g的MgH2水解产生的167 ml氢气),氢气生成速率为78.3 ml/(min.g),远远超过Al-16%Bi合金氢气产量(670 ml/g)和氢气生成速率(23 ml/(min.g))。氢化物(盐)的作用在于:(1)在球磨过程中,氢化物(盐)有利于减小铝基燃料的粒径;(2)氢化物(盐)溶解产生的热量有利于改善铝基燃料的水解动力学;(3)氢化物(盐)溶解产生大量的导电性离子,促进了铝基燃料在水中迅速形成微型腐蚀电池,并加快微型腐蚀电池工作。     

含钪的铝和铝锂合金

钪（SC）是稀土元素，又是过渡族金属，加入铝和铝锂合金中能有效地抑制再结晶，细化晶粒。本文介绍Sc对铝和铝锂合金力学性能、加工、热处理性能、抗热裂纹和焊接性能的重要影响和改善作用。     

花状SnS2微球用作高效锂空气电池催化剂的研究

因超高的理论能量密度,锂空气电池在航空航天、电动汽车等领域展示了广阔的应用前景,但其目前的性能仍与实际使用需求有较大的差距。本文旨在开发具有双功能催化作用的正极催化剂以提升锂空气电池的性能。采用简易的一步溶剂热法成功制备了花状结构的SnS_2微球,并首次探究了其作为可充锂空气电池正极催化剂的应用前景。结果表明:所制备的花状SnS_2微球对锂空气电池的正极过程具有优异的催化性能,大大改善了以其为催化剂的锂空气电池的综合性能,证明SnS_2是一种有潜力的、值得深入研究的锂空气电池用催化剂材料。     

氮掺杂多孔碳纤维改性锂硫电池正极材料

锂硫电池具有高比能量密度,在航空航天、无人机等电源系统应用方面受到了广泛关注。但是其本身也存在一些问题,如电池正极材料反应前后体积膨胀、导电性差和容量衰减迅速等,这些均限制了其应用推广。本文通过引入氮掺杂多孔碳纤维作为硫正极材料载体来改善其性能。一方面,碳纤维能提供大的反应比表面积和相互交织的导电网络,有效促进了活性材料之间的电化学反应;另一方面,氮原子掺杂和表面孔的存在,增强了对反应中间产物多硫化锂的吸附性,使得电极循环稳定性得到提高。研究结果表明:改性后含硫正极在167.5 mA·g~(-1)电流密度下,初始放电比容量达到1 078.3 mAh·g~(-1),经过100周充放电循环后,容量可保持在525.4 mAh·g~(-1),平均每周容量衰减率为0.5%;当电流密度增大到1 675 mA·g~(-1)时,放电比容量仍可以达到502.3 mAh·g~(-1),表现了良好的循环稳定性和倍率性能。     

Al/PMF(氟化石墨)复合粉末的制备与热性能

为改善微米Al粉的活性,通过湿磨、干磨两步球磨法,将低含量的氟化石墨(PMF)掺杂到铝粉中,制备了Al/PMF 95%/5%和90%/10%两种成分的复合粉末,并利用激光粒度分析仪、XRD、SEM/EDX、TG/DTA和氧弹量热仪等测试手段,对复合粉末的粒径分布、物相、形貌、热性能及燃烧焓进行表征。结果发现,Al/PMF 95%/5%和90%/10%两种复合粉末均呈现等轴状。随着PMF含量的增加,复合粉末的平均粒径从20.6μm减小到13.7μm,且粒径分布范围变窄。球磨制备的Al/PMF 95%/5%和90%/10%复合粉末的燃烧焓分别为22.26 k J/g和21.51 k J/g,略低于物理混合。TG/DTA结果显示,相对于纯Al粉,Al/PMF 95%/5%和90%/10%两种复合粉末均表现出明显增强的热反应活性,且反应开始温度提前。此外,还对Al/PMF 90%/10%复合粉末详细的氧化过程及氧化产物防团聚机理进行了研究。     

水蒸气气氛下铝锂合金反应特性及动力学分析

金属铝具有高的能量密度,为了研究铝的反应活化机制,利用热天平分别研究锂质量含量为0%、1%、2%、5%、10%、20%的铝样品在水蒸气气氛下的反应特性,采用单曲线积分法计算了铝、铝锂合金(锂质量分数分别为10%和20%)与水反应的动力学参数,并对铝锂合金与水蒸气的产物做XRD测试。结果表明,锂含量增大,样品最终增重也会提高;着火温度随锂含量增加而降低,当锂含量超过5%后,着火温度变化不大,约为380℃。通过以上实验计算得出,锂的添加降低了整体反应的表观活化能,促进了铝样品与水的反应。     

(石墨+纳米SiC_p)/Cu基复合材料的制备及性能研究

采用粉末冶金法制备(Gr+纳米SiCp)/Cu基复合材料,研究了不同球磨时间和球磨转速对球磨效果的影响,得到最佳球磨时间和速度为8小时和300r/min。球磨后在1143K和200MPa下采用热压烧结法处理2h,然后在1143K下进行热挤压,挤压比16∶1。采用SEM和TEM研究了不同石墨含量烧结态和挤压态复合材料的微观组织,测试了不同石墨含量的热挤压态复合材料的抗压强度。     

基于热电子发射非线性的波导结无源互调机理研究

文章通过建立微波波导连接结的金属-半导体-金属(MSM)结构模型来探讨其无源互调(PIM)产生机理。首先,依据实际镀银波导钝化工艺过程建立了波导连接结的MSM结构模型及其等效电路,然后分析了MSM结构的非线性热电子发射电流特性,最后对MSM结构的三阶PIM进行了理论计算。研究结果表明:PIM随着波导连接压力的增加而呈现出较为复杂的变化规律,并且在106Pa附近存在极小值;PIM随输入功率的增加而增加,尤其是在大的接触压力条件下,增幅更明显;钝化层掺杂浓度的增加总体上使PIM减小,但在1016cm-3～1018cm-3的掺杂范围内存在极小值点。文章理论结果对探讨PIM产生机理及工程实践具有借鉴意义。     

掺杂缺陷对PBX性能影响的分子动力学研究

为了研究掺杂缺陷对高聚物粘结炸药(PBX)性能的影响,采用分子动力学方法计算得到了掺杂率不同的PBX模型的溶度参数、结合能、爆轰参数和力学参数,并进行了比较。结果表明,掺杂缺陷使得PBX中主体炸药与添加剂之间的溶度参数差值增大,表明它们之间的相容性变差,且变化程度与掺杂率有关;掺杂缺陷对PBX爆轰性能的影响不是单调的,掺杂率为1.25%和2.50%时,PBX的爆轰性能变好;掺杂缺陷导致PBX的力学参数随掺杂率的增加而减小,拉伸模量、体积模量、剪切模量、柯西压及体积模量和剪切模量之比的减小幅度分别为0.19～2.66 GPa、0.06～0.25 GPa、0.08～1.09GPa、0.08～0.55 GPa以及0.05～1.17,表明PBX的刚性与延展性变差,力学性能恶化。掺杂缺陷对PBX的相容性、爆轰性能和力学性能将产生影响。     

镁铝贫氧推进剂的能量分析

利用冲压发动机热力计算程序，对镁铝中能贫氧推进剂的能量特性进行了系统研究，并探讨了高能级分对该类贫氧推进剂能量性能的影响，研究结果表明，在镁铝中能贫氧推进剂中增加镁粉含量（或减少铝粉含量）贫氧推进剂的比冲下降，在一定空燃比范围内，增加空燃比有助于提高冲压发动机的比冲。提高贫氧推进剂中ＣＬ－２０和硼粉含量，可以显著提高共能量，而采用叠氮类含能粘合剂取代惰性粘合剂时贫氧推进剂的比冲降低。     

纳米铝粉在复合推进剂中的应用

考察了不同类型纳米铝粉的能量性能及热氧化特性。结果表明,纳米铝粉的活性铝含量低于普通铝粉,随活性铝含量的降低,纳米铝粉的燃烧热值降低;纳米铝粉呈现出与普通铝粉截然不同的热氧化特性。同时,研究了纳米铝粉对复合推进剂的燃烧性能与能量性能的影响,结果表明,纳米铝粉可提高推进剂的燃速和降低压强指数,有利于改善推进剂的燃烧性能,但纳米铝粉的低活性铝含量导致推进剂的爆热值降低。     

镁水反应的实验研究及机理初探

为了研究低温下镁与水的反应,分析了添加剂种类、添加剂含量、二次包覆处理对Mg/H2O反应生成氢气量的影响。结果表明,所选的添加剂多数能促进Mg/H2O反应的进行,并提高反应生成氢气的量;随添加剂含量的增加,氢气的生成量有一定程度提高,但并非呈简单的线性关系;二次包覆处理,不仅可使Mg粉与水产生氢气的量增加,而且还提高了Mg粉贮存性能。初步分析认为,添加剂的加入改变了Mg与水反应体系的酸碱性,促进了该反应的进行。     

定向凝固参数对二元铝锂合金共晶生长及组织结构的影响

本文研究了定向凝固参数对二元铝锂合金共晶生长及组织结构的影响。实验发现，Ｌｉ少于７ｗｔ％的合金中，晶体不能以共晶方式生长。Ｌｉ多于７ｗｔ％的合金中，可以获得平面生长的共晶组织，凝固参数对晶体生长方式及组织形貌有显著的影响     

纤维缠绕金属内衬压力容器的设计和分析技术

介绍了纤维缠绕金属内衬压力容器的工艺特点、性能优势和爆破前先泄漏(LBB)的安全失效模式，以及一般设计原则、构形、材料和工艺要求。分析了金属内衬的厚度、过渡区、焊接区和纤维缠绕层。以及输入输出极孔的设计技术。阐明了用于静力分析的解析法和数值法，以及用于循环寿命预测的断裂力学分析法。最后概述了一些新技术、新材料的应用情况，并指出了压力容器设计的发展趋势。     

用添加剂抑制固体火箭发动机排气二次燃烧的研究

介绍了采用化学添加剂抑制固体火箭发动机排气二次火焰的实验研究。10种化学添加剂的实验结果表明,其中5种对二次火焰有抑制作用。进而又以它们对一种双基推进剂和一种中能无烟推进剂装药发动机羽流二次火焰的抑制效果,以及羽流对电磁波衰减的影响,进行了实验验证。另外,还用附加药片法对添加剂的消焰效果做了实验,证明这是一种简便实用又不影响推进剂燃烧性能的抑制剂施加方法。     

金属模板对复合材料层板固化过程中残余应力的影响

采用商业软件对带有铝板的复合材料层板固化全过程残余应力进行数值模拟计算。在固化瞬态温度场模拟中，采用有限差分法考虑固化动力学模型和热一化学模型强耦合的关系。在残余应力数值模拟中，化学收缩引起的应变在每一计算步以初始应变施加在复合材料结构上。基于以上技术，对带有铝合金的复合材料层板的固化全过程残余应力的进行分析，并分析了金属模板在分析中的作用。结果表明：金属模板改变了两种材料残余应力最大值的时刻；由于金属模板约束作用使带有铝板的复合材料层板在固化过程中承受更大的残余应力。     

变极性等离子弧焊设备及其铝合金焊接工艺研究

介绍了国产变极性等离子弧焊（VPPAW）设备的组成、变极性电源主电路的工作原理。以及微机控制和焊炬等关键技术。用该设备对不同厚度的高强度可热处理强化铝合金试样、贮箱缩比及1：1试验件进行了VPPAW，并分析了接头形式、起弧与收弧、焊接工艺参数确定、常见缺陷、焊接组织及其力学性能。焊接试验结果表明，用VPPAW设备焊接的铝舍金厚度可达14mm，与交流钨极惰性气体保护焊（TIG）相比，其焊缝质量佳，接头性能优。     

激光模式对典型金属材料烧蚀影响的数值模拟研究

利用自编的LAMP程序计算了铝、镁和钛等3种金属材料的激光烧蚀温度场,重点分析了激光作用模式对烧蚀效果的影响,并考虑了材料表面反射系数随温度变化的情况。计算结果表明,对于同样的金属靶,当光斑和激光平均功率相同时,重频频率小、占空比小的激光烧蚀贯穿靶所需的时间最少。     

铝垫片的力学性能及对典型连接结构应力分布的影响

铝垫片-榫槽结构是液体火箭发动机常用的管路连接形式,其长期贮存密封性能对发动机的可靠性起着重要作用。该结构的密封性能取决于密封区的应力分布,从铝垫片这一连接结构中的主要密封元件着手,研究其力学特性及其对密封区应力分布的影响。首先,开展L4铝垫片材料的力学性能试验,建立了L4铝材料的本构关系;其次,开展常温及200℃下L4铝材料的蠕变试验,建立铝垫片的时间硬化型蠕变模型;最后,使用Abaqus有限元软件分析5~25 N·m预紧力矩下垫片的应力分布规律,以及垫片密封面接触压力随时间变化关系。计算结果表明,垫片的应力分布与装配预紧力矩紧密相关;材料的蠕变特性会导致垫片密封面接触压力随时间松弛,是造成结构泄漏的一个重要隐患。