材料及其“三束”改性技术的发展（上）

对智能材料、功能梯度材料、环境材料的制备和应用,采用激光束、离子束和电子束改变材料表面性能的工艺特性作了详细的介绍和展望。     

梯度功能材料制备技术及其发展趋势

综述了梯度功能材料（ＦＧＭ）的制备技术和国内外的研究现状,具体介绍了几种制备技术的基本原理和工艺方法,包括粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔敷法、化学气相沉积法和物理气相法以及自蔓延高温燃烧合成法。从工艺角度分析了各种制备技术的优缺点,并展望了梯度功能材料制备技术的发展趋势。     

梯度功能材料的发展和应用

论述了梯度功能材料 (FGM )的产生、发展、制备技术及应用情况。     

Al2O3—Ti系梯度功能材料的优化设计

对Ａｌ３Ｏ３－Ｔｉ系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了弹性有限元法分析。讨论了梯度层数目,梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响,优化出了各项最佳参数。非线度功能材料与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示;梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。     

铼-钛（Re-Ti）功能梯度材料的设计与制备

利用电子束熔炼技术在钛合金基体上制备了铼钛(Re-Ti)功能梯度材料。通过对Re,Ti元素基本性质及Re-Ti二元合金相图的分析设计了Re-Ti梯度材料。通过模拟电子束熔炼温度场,确定了制备梯度材料的混合金属粉末配比和熔炼工艺。实验结果表明:Re-Ti梯度材料成形良好,桥渡层中各元素沿厚度方向连续均匀变化。     

激光熔化沉积技术在制备梯度功能材料中的应用

激光熔化沉积(LMD)是一种典型的增材制造技术,与传统的成形工艺相比,具有加工周期短、设计灵活、成形件尺寸精度高、绿色环保等一系列特点。梯度功能材料(FGM)是一种先进的功能性材料,其内部没有明显的界面,材料的成分、组织性能呈梯度变化。在梯度功能材料的制造方法中,激光熔化沉积既可以缓和不同材料间的应力,保证材料优良的成形性,又可以通过灵活的设计来控制成形件组织和性能的变化和分布规律,为梯度功能材料的制造提供了一种新途径。介绍了激光熔化沉积的技术特点、梯度功能材料的特点与应用、国内外激光熔化沉积技术制造梯度功能材料方面的研究进展,以及团队目前在此领域的研究状况,同时分析了利用激光熔化沉积技术制造梯度功能材料的发展前景。     

基于温度场分布的功能梯度材料设计与优化

针对功能梯度材料零件建模与分析的模型割裂问题,实现了共用NURBS基函数的几何与材料并行建模及热传导分析。考虑制备工艺建立材料模型,采用泊松方程作为材料场控制函数,运用等几何分析方法求解材料场分布。分析材料的瞬态热传导,建立梯度材料零件的材料分布优化模型并运用有效集法获得最优材料分布结果。结果表明,共用NURBS基函数的功能梯度材料建模及材料分布优化方法对工程实际具有指导意义,实现了梯度材料的一体化建模、分析与优化。     

化学镀SiC/Ni-P功能梯度材料工艺、组织及性能

通过对化学镀Ｎｉ－ Ｐ－ ＳｉＣ复合镀层的研究,找到了制备ＳｉＣ／Ｎｉ－ Ｐ 功能梯度材料（ＦＧＭ） 的工艺方法。并采用光学显微镜、电子探针分析仪及热震试验等方法和手段对功能梯度材料的组织、形貌、成分与镀层结合力进行了研究。结果表明,功能梯度材料中ＳｉＣ微粒以弥散状态沿镀层厚度方向呈梯度分布,无团聚结块现象,材料致密,组织细小。功能梯度材料较单层Ｎｉ－ Ｐ－ ＳｉＣ复合镀层以及Ｎｉ－ Ｐ／Ｎｉ－ Ｐ－ ＳｉＣ 双层镀层具有更好的结合强度。     

ZrO2梯度涂层热震的有限元分析

随着功能梯度材料概念的提出,功能梯度隔热涂层也随之问世,它是超高温材料发展的一个重要方向。功能梯度隔热涂层是把金属-陶瓷功能材料制备到基体上形成隔热涂层,是满足金属工程部件在高温环境中正常工作的一种表面技术。其主要功能是阻止高温、高热量燃气的入侵,提高基体金属部件的使用温度和使用寿命。有关资料表明,250μm厚的ZrO_2功能梯度隔热涂层     

材料及其“三束”改性技术的发展（下）

1.制备和评价 制备包括材料设计和材料合成两方面的内容。 以热应力缓合型功能梯度材料为例,采用图1所示的逆设计法。     

旋转FGMs层合圆柱壳行波模态频率分析

为推进功能梯度（FGMs）材料在发动机、导弹和火箭等领域的应用，旨在研究旋转FGMs层合圆柱壳的行波模态频率。采用Voigt模型和Sigmoid体积分数描述FGMs层合圆柱壳的材料属性，考虑科里奥利力、离心惯性力、环向初应力以及热内力推导了FGMs层合圆柱壳的能量表达式。采用切比雪夫正交多项式构造位移容许函数，建立了任意边界旋转FGMs层合圆柱壳的模态频率方程，并探讨了组分含量、夹层厚度、温度梯度和弹簧刚度系数等对FGMs层合圆柱壳模态频率的影响。结果表明:夹层厚度相比Sigmoid体积分数对模态频率的变化更为敏感；高旋转短薄壁圆柱壳相比长薄壁圆柱壳对边界条件和失稳现象的影响更为敏感；轴向弹簧相比其他弹簧对模态频率的影响更大。      

A Quadrilateral Element-based Method for Calculation of Multi-scale Temperature Field

In the analysis of functionally graded materials (FGMs), the uncoupled approach is used broadly, which is based on homogenized material property and ignores the effect of local micro-structural interaction. The higher-order theory for FGMs (HOTFGM) is a coupled approach that explicitly takes the effect of micro-structural gradation and the local interaction of the spatially variable inclusion phase into account. Based on the HOTFGM, this article presents a quadrilateral element-based method for the calculation of multi-scale temperature field (QTF). In this method, the discrete cells are quadrilateral including rectangular while the surface-averaged quantities are the primary variables which replace the coefficients employed in the temperature function. In contrast with the HOTFGM, this method improves the efficiency, eliminates the restriction of being rectangular cells and expands the solution scale. The presented results illustrate the efficiency of the QTF and its advantages in analyzing FGMs.     

单晶金刚石微型刀具的工艺技术研究

介绍了单晶金刚石微型刀具的应用和技术特点,研究探讨了单晶金刚石微型刀具的设计原理和制造工艺,并探究了用"金刚石磨金刚石"方法加工金刚石微型刀具的可行性和潜力.     

陶瓷零件增材制造技术及在航空航天领域的潜在应用

陶瓷零件因其强度高、密度低、耐高温及耐腐蚀等特点在航空航天领域具有广阔的应用前景。然而,陶瓷零件的传统制造方法存在周期长、成本高、依赖模具且难以制造复杂结构等问题,极大限制了陶瓷零件在航空航天领域的应用。增材制造技术是一种基于"离散-堆积"成型原理、由三维数据驱动直接制造零件的方法。与传统制造方法相比,增材制造技术具有设计自由度高、产品研发周期短、制造成本低等优势,可以无需模具快速制造复杂结构陶瓷零件。在简要阐述增材制造原理和特点的基础上,系统地分析了采用三维打印、激光选区烧结、激光选区熔化、熔融沉积造型、分层实体制造、光固化成型等技术制造陶瓷零件的研究现状及存在的问题。最后,对陶瓷零件增材制造技术在航空航天领域的潜在应用进行了分析与展望。     

粉末高温合金研究进展与应用

粉末高温合金由于特有的组织与性能已成为制造先进航空发动机涡轮盘的优选材料.为提升航空发动机的使用性能及可靠性,对粉末高温合金从材料、制造技术到涡轮盘的工程化应用进行全面和深入的研究,在粉末盘相应的关键技术上取得突破性进展,确立粉末盘制备的工艺路线,并制定工艺与检测的技术文件.为缩短研制周期,优化工艺过程.数值模拟技术也在粉末盘制备过程中得到广泛应用,并取得初步验证实验结果.     

Cf/SiC的制备及连接性、抗氧化性研究

论述了Cf/SiC常用的制备工艺和钽、铌及其合金在SiC陶瓷、Cf/SiC连接方面的应用,铱在C/C、石墨抗氧化方面的应用。指出了难熔金属在陶瓷基复合材料上应用存在的问题,提出了解决的方法,展望了难熔金属在陶瓷基复合材料上应用的发展方向。     

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,己经成为最具潜力的航空航天高温结构材料.在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺.本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论.最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势.     

不同力学边界下梯度功能材料板稳态热应力

用有限元法研究了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的梯度功能材料板的稳态热应力问题，检验了研究方法的正确性，给出了不同力学边界条件下该材料板的稳态热应力场分布。结果表明：无限自由长板内的热应力最小；当无限长板只能伸长、不能弯曲时，板内稳态拉应力最大，比无限自由长板时板内最大拉应力增大6．1倍；当无限长板的伸长、弯曲受限时，板内的压应力最大，比无限自由长板时板内最大压应力增大12．0倍；此外，材料组分形状分布系数M、对流换热系数、环境介质温度和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该材料板稳态热应力场的影响显著。此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据。     

Large lithium ion batteries for aerospace and aircraft applications

Eagle-Picher Energy Products (EPEP) has been manufacturing and testing large lithium ion cells (up to 100-Ah) for several years. Recently, work has focused on the testing of different chemistries at variable temperatures and designing and fabricating 100-Ah cylindrical cells. For the aircraft application the largest concern is irreversible capacity loss at elevated temperatures (70°C). In contrast, for the aerospace application shelf-life and cycle life are critical. EPEP has found that the major contributor to the loss in low temperature performance due to high temperature testing, was the positive electrode. EPEP discuss recent results of variable temperature cycling and 100-Ah cell performance     

A novel method of utilizing static mixer to obtain mixing homogeneity of multi-species powders in laser metal deposition

Real-time mixing of multi-species powder challenges Laser Metal Deposition (LMD) of Functionally Graded Materials (FGMs). The current work proposes a novel method of using a static mixer to realize rapid, uniform multi-species powder mixing. Firstly, copper powder and 316L stainless steel powder are selected to complete the powder mixing observation experiment with Scanning Electron Microscope (SEM) and Energy Dispersive Spectrometer (EDS). Secondly, computational fluid dynamics and particle mixing simulation models are used to analyze the flow field and particle motion characteristics in the static mixer. Finally, LMD experiment and metallographic observation are carried out with 316L stainless steel powder and WC powder to verify the feasibility of the static mixer. This study provides a theoretical and practical basis for powder mixing in laser processing with a static mixer. The conclusions can also be applied to other processing fields requiring real-time and uniform mixing of multi-species powders.