多尺度模拟计算方法在超高温高熵陶瓷材料中的应用进展

超高温高熵陶瓷材料以难熔金属碳化物、硼化物、氮化物等为组元,具有较高的硬度、高温强度以及良好的热稳定性,已成为超高温陶瓷领域研究的热点方向之一。与传统材料相比,超高温高熵陶瓷涉及复杂成分空间、多个尺度维度、极端多场耦合服役环境,采用传统经验试错法开发超高温高熵陶瓷效率过低,故而需要改变材料研究范式,依靠多尺度模拟计算方法提高超高温高熵陶瓷研发与应用效率。本文首先简要介绍了具有代表性的多尺度材料计算方法,进而综述了多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的典型应用成果,最后对多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的前景进行了展望。     

ICIO合金TLP扩散焊技术

航空科学技术的发展,促使航空发动机性能不断提高,具体体现在航空发动机朝高温、轻量化方向发展.目前用于制造航空发动机热端部件的高温合金无法满足高推比发动机耐温性能的要求,于是开展了Ni3Al基金属间化合物材料等新型高温材料的研究.由于Ni3Al金属间化合物原子的长程有序结构和原子间金属键及共价键共存[1],使其具有熔点高、密度小、抗氧化性好和耐温强度高等特性,在高性能航空发动机中有很好的应用前景.     

高熵稀土铪酸盐热障/环境障涂层材料的制备与性能研究

综合性能优异的热障/环境障涂层是先进航空发动机涡轮叶片等高温部件的关键热防护材料。本研究通过两步烧结法制备了高熵稀土铪酸盐(La_0.2Gd_0.2Ho_0.2Er_0.2Tm_0.2)₄Hf₃O₁₂和(Yb_0.2Lu_0.2Ho_0.2Er_0.2Tm_0.2)₄Hf₃O₁₂,系统研究了两种材料的力学、热学性能和CMAS腐蚀性能。多主元高熵材料具有较低的热膨胀系数和热导率,其中(Yb_0.2Lu_0.2Ho_0.2Er_0.2Tm_0.2)₄Hf₃O₁₂表现出比(La_0.2     

热障涂层NiAl黏结层掺杂改性研究现状

目前,航空发动机和燃气轮机的使用温度均已超过1000℃,传统黏结层材料MCrAlY的性能逐渐无法满足需求.NiAl具有熔点高、密度低、成本低和抗氧化性能优异等特点,因此有很大的应用潜力.然而NiAl高温强度低,氧化层附着性较差,需要对其掺杂改性以提高NiAl的高温性能,主要包括掺杂铂族元素(Pt、Ru、Pd等)和活性元...     

Nb-Si基超高温合金研究进展

铌-硅基合金(Nb-Si)具有较高的高温强度,在室温下具有一定的韧性,并且其熔点高、密度小,有望作为1200～1400℃温下工作的发动机叶片候选材料。近年来国内外把Nb-Si基合金作为研发高推比发动机叶片的主要后继材料之一,有望在短期内性能上获得突破,成为新一代高温结构材料[1]。     

高熵合金及其他高熵材料研究新进展

高熵材料是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材料,打破了传统的材料设计理念。高熵材料以其独特的晶体结构特征,表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点。目前国内外已经研发出多种高熵材料,在力学、物理和化学性能等方面具有独特的优势,在很多领域具有巨大的应用潜力,已经成为国际材料学术界的重要研究热点之一。本文从高熵材料的设计理念出发,主要综述了高熵合金、高熵陶瓷、高熵金属间化合物等高熵材料的最新研究进展,总结了不同高熵材料的结构特征、组织性能及强化机制,并对高熵材料的发展趋势进行了展望。高通量计算与制备将成为设计这类多主元材料的重要快捷手段,随着材料的进步,高熵材料成形加工技术必将快速发展以满足其多元化应用需求。     

钨渗铜材料高温力学性能与组织研究

从不同原料钨粉粒度和不同钨骨架密度的角度，研究其对于材料高温强度性能的影响，同时结合SEM断口形貌观察，研究材料在高温下的断裂机制。结果表明：(1)随着钨骨架密度的提高，材料的高温强度都相应提高，在一定的骨架密度范围内，高的骨架密度有利于材料高温强度的提高；(2)对于两种粉末原料的钨渗铜试样，在相近骨架相对密度的情况下，由于细晶强化的作用，细颗粒试样从800℃-1800℃的高温强度都明显高于相应的中颗粒试样；(3)对于钨渗铜材料，从800℃-1800℃的过程中，断裂形式由穿晶和沿晶断裂两种形式并存逐渐过渡到单一的沿晶断裂。     

Ti元素对激光金属沉积Nb-Mo-Ta-W高熵合金缺陷的影响

采用激光金属沉积工艺对成分重组设计后的Nb-Mo-Ta-W系难熔高熵合金进行成形制备，利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对(NbMoTa)₉₀W₁₀和(NbMoTaTi)₉₀W₁₀两种高熵合金的相结构、缺陷与微观组织进行了表征分析，并通过多功能力学试验机对两种合金进行室温拉伸性能测试。结果表明：(NbMoTa)₉₀W₁₀和(NbMoTaTi)₉₀W₁₀两种高熵合金均为单相体心立方结构；Ti元素在Nb-Mo-Ta-W系合金中的晶界处形成了“液态薄膜”，可实现对沿晶裂纹的良好抑制；冶金缺陷的减少以及Ti元素引入的晶格畸变效应，(NbMoTaTi)₉₀W₁₀高熵合金的室温力学性能提升，屈服强度达到1156 MPa。     

含碳化铪的钨钼基合金

钨属于难熔金属,其熔点温度高达3410℃,高温强度利抗烧蚀性能高。但纯钨具有质硬性脆易裂、不易加工和比重大等缺点。为取其之长,避其之短,人们研究了在纯钨中加入其他元素来改善其性能,充分发挥它的优点。 钼也属于难熔金属,其熔点为2600℃,具有较高的高温性能。含有碳和其他合金元素如钛、锆、铪等的新型钼基合金,比金属钼具有更高的高温强度和硬度。 钨钼金属都是属于体心立方结构,晶格常数很接近,因而它们之间有可能以置代方式连     

Nb-Si 基超高温合金的研究进展

Nb-Si基超高温合金由于熔点高、密度低和优良的高温强度等特点受到广泛关注,极具作为下一代高推重比航空发动机和超然冲压发动机的热端部件用材料的潜力.本文主要介绍了国内外在合金化、粉末冶金、定向凝固和热处理工艺对Nb-Si基合金组织和性能影响等方面的研究现状,并展望了其发展趋势.     

高致密反应烧结SiC_f/SiC复合材料的微观结构与性能

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料是航空发动机热结构部件的关键材料。基于国产KD-II碳化硅纤维,利用反应熔渗工艺制备了高致密的SiC_f/SiC复合材料,研究了其微观结构、常温/高温力学性能、热物理性能和高温长时氧化稳定性。反应熔渗制备的SiC_f/SiC显气孔率仅为1.6%,室温弯曲强度为(521±89)MPa,1200℃高温弯曲强度为(576±22)MPa,呈非脆性断裂特征,具有优异的高温力学稳定性。厚度方向常温热导率高达41.7W/(m·K),1300℃热导率为18.9W/(m·K)。SiC_f/SiC复合材料经1200℃氧化1000h仍保持非脆性断裂特征,弯曲强度为(360±54)MPa,仅下降19%,仍保持非脆性断裂特征。反应烧结制备的SiC_f/SiC复合材料具备优异的耐高温抗氧化性能,有望满足航空发动机热端部件对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的应用需求。     

航空锻造技术的应用现状及发展趋势

随着航空产业的不断发展,对航空装备极端轻质化与可靠化的追求越来越急迫,对材料和锻件的性能要求(如比强度、强韧性)也越来越高.钛合金、高温合金等材料的应用日益广泛,以航空工业为例,F-22和F-35飞机钛合金用量已分别高达39％和27％,先进航空发动机中高温合金和钛合金锻件重量占发动机总结构重量的55％～65％[1].而高温合金、钛合金属于难变形材料,即加工参数范围狭窄、变形抗力大、组织性能对加工过程十分敏感.所以锻造技术在航空制造领域的应用相比其他工业领域难度较大.     

炭纳米纤维增强炭/炭复合材料研究现状和发展趋势

C/C复合材料是目前被公认为最具有发展前途的高温结构材料之一,该材料的密度不到2.0g/cm3,仅为镍基高温合金的25％,陶瓷材料的50％;尤其是随着温度升高(可达2200℃),其强度不降低,甚至比室温还高,这是其他材料所无法比拟的.C/C复合材料已经成功应用于飞机刹车材料,由于其无可比拟的超高温性能,各国研究人员又把注意力集中于将该材料作为高温长时间使用的热结构材料方面,尤其是如何使之用于新一代高性能航空发动机的热端部件.     

低密度高熵合金的研究进展

高熵合金是一种新型合金,其优异的物理化学性能吸引了研究者的广泛关注。然而,传统高熵合金的密度普遍较大,极大地限制了其工程应用。为了降低合金密度,Al、Ti、Mg、Li、C等低密度元素被用于制备高熵合金,系列等摩尔或非等摩尔比的低密度高熵合金成功制备,在航空航天、能源交通等领域显示出巨大的应用潜力。本文综述了低密度高熵合金的研究现状,分析了合金组元的设计指导原则、制备工艺,并根据其体系特性介绍了高熵合金的相结构以及性能,对低密度高熵合金未来研究方向提出了展望。     

Nb752合金抗氧化涂层的研究

前言铌合金是具有优异高温性能的难熔金属之一,它熔点高、比重低、高温强度大,可做为1100℃以上的高温结构材料,在火箭推进器、宇宙飞船等方面广泛应用。但其致命缺点是在很低的温度下就开始氧化,所以混合金的应用是与其抗氧化涂层的研究分不开的。铌合金抗氧化涂层在国外研究比较广泛,特别是近十余年来,美国Sylvania公司     

高温处理对中密度针刺C/C复合材料性能的影响

针对C/C复合材料脆性问题,对密度为1.60 g/cm3的碳布叠层针刺C/C复合材料进行了1800、2 000、2 200和2 500℃的高温处理,研究了不同热处理温度对C/C复合材料微晶结构、力学和抗热震等性能的影响.结果表明,高温处理使针刺C/C复合材料的层间剪切和面内拉伸强度出现不同程度的降低,但材料的断裂伸长率和抗热震性能得到大幅度提高.其中,1 800℃高温处理后的C/C复合材料具有优异的力学和抗热震性能.     

酚醛浸渍碳烧蚀体(PICA)的制备、结构及性能

采用热塑性酚醛树脂溶液浸渍碳毡,经过溶胶-凝胶反应和常压干燥后,制备出一系列不同密度的酚醛浸渍烧蚀体(PICA)(0.27~0.47 g/cm3)材料,并系统研究了不同密度的PICA碳化前后微观形貌、力学性能及隔热性能的变化规律。结果表明:PICA具有典型的碳纤维增强酚醛气凝胶复合结构。不同密度的PICA均具有优异的力学性能和隔热性能,且弯曲强度为2.2~16.5 MPa,热导率为56~62 m W/(m·K)。在密度为0.40 g/cm3时,PICA弯曲强度最大,热导率最低。进一步通过1 000℃高温处理之后,相应的C-PICA材料仍然表现出轻质、高强、低热导率的特征。     

纤维增韧高温陶瓷基复合材料(C_f,SiC_f/SiC)应用研究进展

纤维增韧陶瓷基复合材料除了具有耐高温、高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数等一系列优良性能外,还具有基体致密度高、耐热震、抗烧蚀、耐辐照及低放射活性、抗疲劳和抗蠕变等特性,展现了优越的高温热力学和微观组织稳定性,是一种集结构承载和耐苛刻环境的轻质新型复合材料。在空天飞行器的热防护系统、航空发动机、火箭发动机、高性能制动以及先进核能等高温热结构部件上拥有巨大的应用潜力。该类材料的使用可以提高结构的热学性能、力学性能和耐高温性能,减少系统自重和提高系统安全可靠性。针对近年来纤维增韧高温陶瓷基复合材料的研发设计、制备及服役环境对材料性能的影响进行了综述,并对该类材料未来的应用前景进行了展望。     

复合材料在航空发动机上的应用

树脂基复合材料在发动机的外涵机匣、静子叶片、转子叶片、包容机匣以及发动机短舱、反推力装置等部件上得到大量应用;金属基复合材料具有优于传统金属材料的比强度、比刚度、耐高温和结构稳定性,在不久的将来将取代镍、钛合金,成为未来航空发动机的主要材料;金属间化合物具有密度低、刚度高、高温强度好和防火能力强等特点,早已被列为先进航空发动机的候选材料     

定向结晶材料力学常数测试技术

高温材料的不断使用,使航空发动机性能不断改善。而高温下材料弹性常数难以获得,因为传统的力学测试方法难以进行高温下变形的精确测量。激光云纹干涉法具有高灵敏度、大量程、非接触、全场和实时观测等优点,从而得到广泛的应用。本文介绍了利用清华大学高温激光云纹干涉测试系统,对高温定向结晶材料弹性常数的测试技术。