新型电子封装Si-Al合金的基础研究

对传统金属电子封装材料的研究开发现状进行了简单评述。利用喷射沉积成形技术制备了Si—Al（含硅量50～70wt％）合金。这种合金具有细小均匀的显微组织，同时具有低热膨胀系数、高热传导率和低密度等特点。     

3d过渡金属在L10-TiAl中占位的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法研究TiAl—X（X为3d过渡金属）超胞合金体系的几何、能量与电子结构。通过计算、比较、分析Ti7A18X与Ti8Al7X超胞的合金形成能,得出3d过渡金属在L10—TiAl合金中的占位情况：合金化元素的外层电子数,特别是外层的d电子数对其在L10-TiAl合金中的占位有非常明显的影响,d电子数较少的前过渡金属Sc、V和Cr主要优先占据Ti原子位,而d电子数较多甚至是满d壳层的Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn则主要优先占据Al原子位。与相关理论研究比较,对Cr元素在L10-TjAl合金中占据情况得出不同结论。对于合金化元素在L10-TiAl合金中占据不同亚点阵的情况,还从电子分波态密度角度,很好地解释了其产生的电子机制。     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中，温度变化范围大，容易在结构内部引发较大热应力，影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象，基于流固热耦合方法，采用多物理场数据交换接口MpCCI，联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent，建立扩散段的流固热耦合仿真模型，分析低温内流场的换热特性，计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现，流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果，能够准确反映低温风洞结构的热力学特性，可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

Mo-Si-B三元系金属间化合物超高温结构材料研究进展

Mo-Si-B三元系金属间化合物合金具有高熔点，存在韧脆转变，且有良好的高温抗氧化性和相对低的密度，是极具潜力的超高温结构材料；但是也存在低温脆性大，高于1 300 ℃时高温强度尤其抗蠕变能力不足的缺点，阻碍 了其应用。本文从制备工艺、组织结构、高温抗氧化性能、力学性能和合金化等几个方面综述了T2，Moss+Mo3Si+T2和T1+T2+Mo3Si三个相区合金的研究现状。并且指出，原位合成制 备技术和“少量多元”合金化是Mo-Si-B三元系合金未来的发展方向。     

激光云纹法测定金属材料高温力学性能的误差分析

激光云纹测试技术成功用于金属材料的高温力学性能测定,零厚度金属光栅的栅线频率决定了试验的测量精度。论文探讨了温度和载荷对光栅栅线频率的影响,并计算出由此引起的测量误差:300℃下,温度热变形对铝合金测量引起的误差为0.84%,而载荷对铝合金测量引起的误差为0.17%;1 000℃下热变形对镍铬合金测量引起的误差为1.52%,而载荷引起的误差为0.34%,研究证实温度热变形是引起试验测量误差的主要因素,文章修正了材料在高温下力学性能的计算方法。     

Si@SiO2/N掺杂碳复合材料的制备及电化学性能研究

提出了一种核壳结构的Si@SiO_2@NC(NC为N掺杂碳)复合材料用于改善锂离子电池硅基负极材料在充放电过程中硅的体积膨胀和导电性差而导致的容量衰减等问题。该复合材料采用氧等离子体技术处理Si纳米颗粒的表面获得SiO_2层,然后在其表面碳化聚苯胺涂层获得N掺杂的无定形碳。SiO_2中间层具有可靠的缓冲效果和良好的机械支撑,可以在充放电过程中抑制Si纳米颗粒的体积膨胀,N掺杂的无定形碳可以用作电子和Li~+的快速传输通道。与Si纳米颗粒相比,Si@SiO_2@NC复合材料的首次放电容量可达2 583.1 m Ah/g,库仑效率为81%,在电流密度为200 m A/g时,循环40次后仍然具有1 015 m Ah/g的高可逆容量。     

基于高温燃气引射的引射器设计与实验研究

结合气体热力学理论和等压引射器设计理论方法，提出了高温燃气热力学参数计算方法，研制了基于高温燃气引射的超声速引射器试验平台。通过引射器与燃气发生器的对接实验，研究了零引射和被引射气流引射两种状态下的工作性能以及引射气流温度变化对工作性能的影响。实验结果表明:被引射气流流量360 g/s时，入口总压达到3.89 kPa，优于设计指标4 kPa；引射气流温度在低于设计值100 K范围内的变化对引射器的工作性能不会造成影响。实验验证了基于高温燃气引射的超声速引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性，相关研究结果为燃气发生器参数优化提供了指导性建议。     

电弧加热器高温流场激光吸收光谱诊断

气流温度和组分粒子数密度是定量评估电弧加热器运行参数和流场品质的关键，常规测试手段难以适应电弧加热器内高温气流的恶劣环境，电弧加热器等离子体气流诊断研究一直缺乏有效手段。本研究应用激光吸收光谱技术，选用原子O（777.19nm）谱线，基于局部热化学平衡等离子体假设，对电弧加热器内高温离解空气（＞5000K）试验气流进行在线诊断。试验测得了总焓H₀=15.8，17.4MJ/kg 2组工况下，电弧加热器内等离子体气流温度和原子O粒子数密度。2组工况获得平均气流温度分别为5843和6047K，对应高温平衡气流表获得气流温度为5950和6335K。测得加热器运行稳定后2组工况的原子O总粒子数密度在（1.1~1.2）×1018cm-3之间，低能级5S₂0粒子数密度在（1.0~1.6）×1010cm-3之间，2组工况原子O总粒子数密度的差异与NASA-CEA平衡计算结果一致，验证了电弧加热器气流局部热力学平衡假设的有效性。本研究工作验证了激光吸收光谱技术可作为高焓电弧加热器常规诊断手段。     

CU-1型钇基重稀土对Be-Cu合金性能影响的研究

研究了CU-1型钇基重稀土对Be-Cu合金性能的影响。结果表明:Be-Cu合金经过微量CU-1型稀土的微合金化处理后,其显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性均有不同程度的提高,热膨胀系数有所下降;随着稀土加入量的增加,Be-Cu合金的显微硬度逐渐提高,磨损量和平均腐蚀速率逐渐降低,热膨胀系数先减小后增大。     

空间智能天线夹芯结构热变形力学分析

空间智能天线夹芯结构是一种集承载、维形和微波通讯于一体的多功能结构。该结构将微带天线阵列植入复合材料夹芯结构蜂窝芯体中,既满足了结构力学和热力学性能要求,又满足了被植入天线的电性能要求,实现了空间结构的多功能化,降低了系统综合质量。本文针对低地球轨道的空间热环境,选取低热膨胀系数、低密度、高强度、高模量、耐高温及透波性好的复合材料,基于复合材料力学经典理论分析设计了面内热膨胀系数接近于零的复合材料蜂窝夹芯结构面板,并且对空间智能天线夹芯结构在低地球轨道典型空间环境下的结构热力学响应进行了有限元分析。结果表明,该空间多功能智能天线夹芯结构可以满足在轨空间温度环境下结构变形指标要求。     

B2-RuAl合金基本物性及电子结构计算

采用第一原理赝势平面波方法，计算B2型RuAl金属间化合物的平衡晶格常数、形成热、弹性常数以及点缺陷形成能，与其它计算方法和实验测试的结果进行比较。点缺陷形成能的分析结果表明：富Ru合金出现Ru反位缺陷，富Al合金出现Al反位缺陷。对于上述计算结果，还基于晶体总的电子态密度与各原子分波态密度等电子结构方面的信息对其进行初步分析。     

Ni,Ti及NiTi合金低能电子散射的Monte Carlo模拟

采用MonteCarlo方法,模拟了低能电子束(能量E0≤5keV)作用下Ni,Ti及NiTi合金固体中的电子散射,分析了3种金属/合金中散射电子的能量与空间分布。研究表明:(1)入射电子能量E0越小,各材料的背散射电子(BSEs)深度、吸收电子(AEs)深度及散射电子能量损失的深度均越小,分辨率越高;(2)相同E0下,各材料的BSEs,AEs及能量损失深度均有NiNiTi>Ti;(3)NiTi合金的BSEs深度、AEs深度及能量损失的深度和分辨率分别近似于Ni,Ti固体相应量的平均值。     

Mg-Cu-Y非晶态合金的晶化动力学研究

通过差热分析仪(DTA)研究了非晶态合金M g65Cu25Y10的晶化动力学过程,根据K iss inger峰移法和A rrhe-n ius方程计算了其晶化激活能,发现等温晶化动力学在晶化体积转变分数x为0.15~0.85范围内符合J-M-A方程,493 K下的平均A vram i指数n大于3,而在553K和623 K下的A vram i指数n约为2。运用阶段A vram i指数和阶段激活能,研究了等温晶化过程中不同阶段的形核和长大过程。     

合金元素的添加对Fe3Al基合金有序转变温度的影响

用电阻法研究了Cr,Mo和Nb等常用合金元素的添加对Fe3Al基合金有序转变温度Tc的影响，结果表明，Fe3Al材料本身的进一步有序化和沉淀相的溶解使其R－T曲线出现反常现象。Cr的含量对三元Fe-Al-Cr合金中Tc温度无显著影响，将Mo.Nb加入到Fe3Al中会导致其Tc温度增加，在四元Fe-Al-Cr-Mo合金中，Mo和Cr的良好匹配能有效地提高Fe3Al的Tc温度。     

铁弹性稀土钽酸盐RETaO4陶瓷的热物理性质研究进展

工作温度是决定航空发动机、燃气轮机和高超声速飞行器发动机等大国重器的燃油利用效率和能量转换效率的关键因素。热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）材料主要应用于高温合金零部件表面隔热降温,以提高合金零部件的工作温度。当前使用的热障涂层材料氧化钇稳定氧化锆（Yttria Stabilized Zirconia,YSZ）存在热导率高、热膨胀系数失配和工作温度低等问题,无法满足应用需求,亟需开发新一代低热导、高工作温度和长寿命的热障涂层材料。稀土锆酸盐、稀土磷酸盐、稀土硅酸盐、稀土铝酸盐和稀土铈酸盐等陶瓷材料存在断裂韧性不足、热膨胀系数低和高温相稳定性差等问题,无法取代YSZ成为新一代超高温热障涂层材料。铁弹性稀土钽酸盐RETaO₄（RE代表稀土元素）陶瓷具有独特的铁弹性相变增韧、低热导率、高热膨胀系数和低杨氏模量等特点,被作为下一代超高温热障涂层材料进行了广泛研究。本文总结了此类稀土钽酸盐陶瓷在热学、力学和结构等方面的研究进展,主要包括晶体结构、微观组织以及力学（硬度、模量和声速）和热学（热导率、热膨胀系数和高温相稳定性）性质等,探讨其作为下一代超高温热障涂层材料的可能性,为未来研究提供参考。     

基于温度/变形场耦合测试的热屈曲行为研究

高速飞行器在服役期间面临着严酷的高温环境,引起飞行器薄壁结构屈曲失稳,从而严重影响飞行器结构的完整性和可靠性。本文开展瞬态热环境下薄壁结构热屈曲行为的试验研究,首先,结合红外测温和数字图像相关方法,建立温度/变形耦合测试方法,根据温度场分布及热膨胀系数除去虚应变,获得了机械热应变,并利用此方法研究了典型薄壁结构热屈曲行为特点;随后,把温度/变形耦合测试方法的精度与中温应变片进行了比对,验证了此测试方法的有效性;最后,通过位移随温度变化曲线和应变随温度变化曲线研究热屈曲临界温度判定方法,为航天飞行器薄壁结构抗屈曲性能设计以及航天飞行器结构的强度设计提供技术支撑。     

基于随机有限元的导弹振动环境试验设计研究

针对传统方法制定出的试验条件余量未知的缺点,本文研究了基于随机有限元的导弹振动环境试验条件设计方法。首先,给出了研究方案。其次,为了使用基于传递特性方法预示振动响应,基于导弹梁模型,研究了自主飞行过程中外部气动噪声激励模式对动态响应传递特性的影响,确定了模拟导弹自由飞行过程的动态响应传递特性计算方法。最后,通过算例研究了使用随机有限元方法模拟结构偏差引起的结构动特性变异,并且对比了最高预示环境计算方法的传统方法和本文方法。研究发现,本文方法不仅可以考虑结构各偏差对动特性的影响,另外可以克服传统方法中余量可靠性未知的缺点。     

细观力学法预测单向复合材料的有效热膨胀系数

基于细观力学方法建立了两种预测单向复合材料的热膨胀系数的方法.以单向复合材料为研究对象,从理论上推导了单向复合材料的热膨胀系数公式,并运用通用有限元软件Msc.PATRAN/NAST RAN建立RVE模型,模拟热传导过程进行有限元计算.两种方法计算的结果与实验均有较好的一致性.     

0.3 m低温连续式跨声速风洞结构设计

低温风洞运行过程中，洞体回路承受的温度低且温度变化范围大，使结构产生较大的热变形和热应力，将影响风洞的气动性能和安全性。在进行0.3 m低温风洞结构设计时，通过合理选取风洞结构材料、采取驻室夹层内腔的气流换热和结构热变形释放等措施对结构热变形进行有效控制，并针对洞体回路的热变形和热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明，降温7200 s后，拐角导流片的温度降至约110 K，稳定段的法兰温度约为250 K，洞体回路的最大热应力出现在换热器驻室壳体上，约为110 MPa，安全系数大于1.8；洞体回路温度降至90 K时，长轴方向收缩约为29 mm，短轴方向收缩约为12 mm。通过低温风洞试验发现，仿真计算结果接近于实际的测量结果，调试试验结果验证了该风洞结构设计的可靠性。     

长周期光纤光栅用于材料热膨胀系数的测量

基于长周期光纤光栅(Long-period fiber grating,LPFG)对应变和温度的敏感特性,用两只LPFG光栅测量材料的热膨胀系数,提出用一只自由状态的LPFG光栅作为实验光栅的温度补偿。实验原理简单,操作方便,克服了传统测量方法对试件本身的要求,且传感信号属于波长解调,不受光强波动及光纤损耗的影响。通过实验获得了对铝板的测量误差约为0.6%,实验结果表明采用LPFG光栅测量材料热膨胀系数的方法是可行的。