中空纤维膜机载制氮装置的数学建模分析

建立了考虑浓差极化现象的微分方程数学模型,并用正交配置法求解,对中空纤维膜机载制氮装置(OBIGGS)进行了分析,并对部分状态点的计算结果进行了实验验证.结果表明:富氮气体(NEA)中氧气的质量分数随着进气温度的升高而降低,在达到最小值后又呈上升趋势;在进气与排气压力差保持不变的情况下,随着中空纤维膜排气压力的下降,中空纤维膜的富氮气体质量流量逐渐增加;随着中空纤维膜丝长度的增加,丝内气体的压降和富氮气体质量流量均有所增加;中空纤维膜空气分离制得的富氮气体质量流量越大,则所需进气的质量流量越大,且富氮气体氧气质量分数越高.      

周期结构对AlTiN多层薄膜结合能影响

使用TiAl合金靶,利用中频反应磁控溅射系统,通过交替改变氮气流量的方法,在高速钢(W18Cr4V)基体上沉积了氮含量周期性改变的AlTiN多层薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)等方法研究了AlTiN多层薄膜微观组织和结构;AlTiN多层薄膜的力学以及膜基结合性能用纳米压痕硬度仪和划痕试验得到。结果表明,制备的AlTiN薄膜,尽管交替的两层中氮含量不同,但每一单层都为非晶包裹纳米晶的纳米复合结构,所不同的是,低氮含量层中纳米晶密度较小。多层结构的形成能够很大的提高AlTiN多层薄膜的临界载荷和结合能,同时硬度和弹性模量值均有微小的提高,氮气流量的增加有利于多层膜性能的改善。     

TiN膜离子注入与沉积工艺研究

采用离子注入、沉积、动态混合注入沉积工艺,在硅基体上制备TiN膜层.用纳米划痕法检测成膜质量,用扫描电镜观察划痕形貌.对比分析结果表明,动态混合离子注入沉积工艺对提高膜层与基体的结合性能效果显著.     

动态混合注入与沉积法制备TiN膜层

采用离子注入、沉积、动态混合注入沉积工艺,在硅基体上制备TiN膜层。用纳米划痕法检测成膜质量,用扫描电镜观察划痕形貌。对比分析结果表明,动态混合离子注入沉积工艺对提高膜层与基体的结合性能效果显著。     

真空磁过滤电弧离子镀法制备类金刚石涂层方法及性能研究

采用真空磁过滤电弧离子镀方法，在GT35基体上沉积类金刚石膜。通过对清洗工艺及弧电流、工件所加负偏压、沉积温度等参数的研究，制定出了合理的工艺路线，并对这种膜层进行了X－射线光电子谱（XPS）分析，利用干涉仪、纳米硬度计对膜层的粗糙度、纳米硬度作了进一步检测。结果表明，采用此种方法制备的类金刚石膜层，SP^3含量约为40．1％；组织致密，无大的颗粒；镀膜后的粗糙度可以达到0．015μm；纳米硬度约为55GPa。并将膜层与TiN膜层组成摩擦副，进行了耐磨性试验。结果表明膜层的耐磨性较好。     

离子辅助沉积Al膜层增强Ti811钛合金高温微动疲劳抗力

为提高Ti811钛合金高温微动疲劳抗力,利用离子辅助沉积技术在Ti811钛合金表面制备Al膜层。对比研究多弧离子镀(MIP)和离子辅助多弧沉积(IAD)Al膜层的膜基界面成分分布、膜基结合强度、显微硬度、摩擦学性能。探讨IAD铝膜层对Ti811合金微动疲劳抗力的影响。结果表明,利用离子辅助多弧沉积技术可以获得膜基结合强度高、硬度低、减摩润滑性能好的Al膜层,该膜层能够显著提高Ti811钛合金350℃时的微动疲劳抗力。     

膜层厚比对CrN_x/Ti_yCr_(1-y)N多层膜硬度与结合力影响研究

为研究膜层交替周期对多层膜表面硬度与耐磨性能的影响,利用金属蒸发真空弧离子源(MEVVA)和磁过滤阴极真空弧复合离子束沉积技术在AM355钢材表面制备膜层交替周期分别为5、13和26的3组CrN_x/Ti_yCr_(1-y)N膜层,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)对膜层形貌和相结构进行了分析,利用划痕仪、显微硬度计等对膜层硬度与结合力进行了测试。结果表明:采用该技术制备的CrN_x/Ti_yCr_(1-y)N多层膜结构致密,与基体结合良好;随着多层膜交替周期的增加,膜层硬度有所降低,膜层结合力则呈现先升高后缓慢降低的趋势。     

沉积温度突变导致金刚石膜中大量黑色缺陷形成的孪晶模型

提出了沉积温度突变时黑色缺陷形成的孪晶机制模型。这一模型提出的基本假设为:沉积温度改变时,金刚石膜的表面上产生贯穿型的孪晶,孪晶以及原来的晶粒的各晶面均将按α2d所规定的生长速率扩张,在生长时相邻晶粒的晶界处形成了一种形如"峡谷"状的、相邻晶面夹角过小的局部环境,后者将导致活性气体扩散的过程难于进行,从而形成黑色缺陷。在此假设的基础上,利用水平集方法对此模型进行了二维的模拟,并通过实验进行了验证。模拟及实验的结果表明,在金刚石膜沉积的过程中,沉积温度的突变将通过在众多金刚石晶粒的表面诱发产生孪晶,显著提高金刚石膜中黑色缺陷的形成几率。     

电子束物理气相沉积热障涂层抗氧化行为研究

电子束物理气相沉积热障涂层技术是一项用于保护航空发动机热端部件的关键技术。热障涂层除了要完成降低热端部件工作温度（或提高发动机工作温度）的任务之外，另一项主要任务就是防止高温腐蚀。本文通过理论分析和实验证实，在以ＺｒＯ２为基的隔热层中，由于粘结层氧化所需氧量极少，其氧气分压与环境中的氧分压几乎一样，因此热障涂层系统中粘结层的高温氧化与陶瓷层厚度基本无关。同时还系统地分析了粘结层合金的选择、不同合金元素的作用及其对抗高温氧化性能的影响。     

高温氧化铝液滴沉积条件下绝热材料烧蚀特性研究

为了研究三元乙丙绝热材料在高温氧化铝液滴沉积条件下的烧蚀特性，基于模拟沉积实验装置，开展了烧蚀实验研究。利用SEM与XRD等分析了烧蚀后炭化层断面形貌特征和化学组分分布，探讨了火箭发动机工作环境中氧化铝液滴与炭化层间热化学烧蚀的主要反应机理，确定了沉积条件下的化学反应方程式。研究结果表明:(1)高温氧化铝沉积条件下，三元乙丙绝热材料材料炭化层断面呈现“致密/疏松”的多孔结构；(2)推导并建立了固体火箭发动机高温高压环境中氧化铝与炭化层的七步热化学反应方程；(3)利用热力学软件分析可知，发动机工作条件下氧化铝与炭化层反应首先生成Al4C3，随着温度的升高继而生成Al单质与碳-氧-铝化合物Al2OC并释放出还原性CO气体。     

阴极微弧放电制备TiAl合金表面Al_2O_3膜的高温氧化性能

在Al(NO3)3溶液中利用阴极微弧放电沉积方法,制备了TiAl合金表面的Al2O3膜,膜的厚度为80μm。空气环境下,在900℃下进行高温氧化实验。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品在高温氧化前后的形貌和物相变化。100h高温氧化后,Al2O3膜保持完整,与基体有较好的结合。高温氧化前后物相均为γ-Al2O3和少量的α-Al2O3,但是氧化后的膜层中出现了少量的Rutile-TiO2。阴极微弧沉积方法在TiAl合金表面制备的Al2O3膜能够有效地提高基体在900℃时的抗氧化性能。     

7B04铝合金在模拟海洋大气环境下的腐蚀行为

海洋大气环境下铝合金的腐蚀本质上是薄液膜下的电化学腐蚀,与本体溶液中的腐蚀有很大不同,腐蚀速率与薄液膜的厚度及成分有关。建立并实验验证了薄液膜厚度、大气相对湿度和铝合金表面盐沉积量3者之间的关系,研究7B04铝合金在不同厚度和不同Na Cl浓度薄液膜下的电化学性能。结果表明,薄液膜下7B04铝合金的自然腐蚀电位较本体溶液中更容易达到稳定,且电位更正,自然腐蚀速率更大;液膜厚度减小,7B04铝合金阴极极化电流密度增加,阳极反应受到抑制;薄液膜中Na Cl浓度升高,7B04铝合金的自然腐蚀电位降低,腐蚀速率上升,而阴阳极极化过程受Na Cl浓度变化影响不大,当Na Cl质量分数达到5%后,自然腐蚀电位基本不再变化。     

一种燃油箱绿色惰化系统地面惰化性能分析

在描述一种采用催化燃烧产生惰气来降低油箱气相空间氧体积分数的新型绿色惰化工作原理基础上，设计了绿色惰化系统流程，通过一定的假设和简化建立了其数学模型并进行了求解.将结果与采用中空纤维膜产生富氮气体的机载惰化系统进行了比较，结果显示:当绿色惰化系统中抽吸气的流量与中空纤维膜惰化所产生富氮气体流量一致时，前者惰化效果远好于后者.同时，还研究了催化反应器效率和预热气体抽取比例对绿色惰化系统的影响，结果表明:提高反应器效率可有效缩短达到安全氧体积分数所需的时间,且最终油箱气相空间氧体积分数会降低，而选取合适的预热气体抽取比例可以减少系统能耗.      

基于碳纳米管薄膜的复合材料层间增韧

通过浮动催化化学气相沉积法制备连续碳纳米管薄膜，并将其原位沉积到单向碳纤维织物表面，手工铺层后借助真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）工艺制备碳纳米管-碳纤维/环氧树脂复合材料层压板，研究不同面密度的碳纳米管薄膜对层压板Ⅱ型层间断裂韧性的影响。结果表明，随着碳纳米管薄膜面密度的增加，层压板Ⅱ型层间断裂韧性先逐渐提高，当碳纳米管薄膜面密度为9.64 g/m²时，层压板Ⅱ型层间断裂韧性最佳，与原始层压板相比提高了94%。碳纳米管通过桥接树脂裂纹、从树脂中拔出等方式提高层间断裂韧性。当碳纳米管面密度超过临界值时，会引起树脂浸润困难，导致增韧效果降低。     

化学气相沉积法制备碳化硅纤维

本文介绍了采用射频加热技术，通过化学气相沉积法制备连续碳化硅纤维。讨论了沉积温度、反应气体组分、流量及走丝速度等沉积参数对纤维性能的影响，并提出了可能的反应机理。     

CVD过程中温度对SiC涂层沉积速率及组织结构的影响

以CH3SiCl3 H2体系在1000～1300℃沉积了SiC涂层,研究了温度对涂层沉积速率的影响,应用自发形核理论解释了不同沉积温度下CVDSiC涂层的组织结构。结果表明,随着沉积温度的提高,CVDSiC涂层的沉积速率相应增大;1000～1200℃沉积过程为化学动力学控制过程,1200～1300℃沉积过程为质量转移控制,1000℃和1100℃沉积的SiC涂层表面光滑、致密;1200℃和1300℃沉积的SiC涂层表面粗糙、多孔;随着沉积温度的提高,CVDSiC涂层的晶体结构趋于完整,当温度超过1150℃时,涂层中除β SiC外还出现了少量α SiC。     

Co/NM/FM(NiFe and Co)纳米多层膜的层间耦合效应

巨磁电阻自旋阀多层膜作为磁敏传感器材料与磁随机存储器(MRAM)材料，具有高的可靠性与灵敏度，在航空航天等高科技领域有着极大的应用前景。研究多层膜各层间的耦合效应与各层厚度、磁学性能之间的内在关系，对提高自旋阀的巨磁电阻效应、磁灵敏性等具有重要的作用。本研究采用磁控溅射沉积制备了(Cu／Co、Cu／NiFe，Ta／NiFe双层膜与Co／Cu／Co、Co／Cu／NiFe、Co／Ta／NiFe)三明治结构薄膜。采用振动样品磁强计对薄膜磁性、四探针法对薄膜磁阻性能进行了测试研究，采用洛仑兹电子显微镜法观察了薄膜的磁畴结构。研究结果表明，层间耦合效应不仅与非磁性中间层的厚度相关，而且与中间层材料的特性相关。磁阻与磁畴观察均表明层间耦合效应随中间层厚度的增加而减小，而Cu作为中间层的多层膜的层间耦合大于Ta作为中间层的层间耦合。     

一种制备C/C复合材料的高效等温ICVI工艺

将传统的负压等温化学气相渗透(ICVI)工艺加以改进,在常压条件下以丙烯为气态前驱体,氮气为稀释气体,通过定向扩散和控制滞留时间,经 100h沉积后制备出密度为 1 72g/cm3 的 C/C复合材料。该方法克服了传统等温CVI工艺致密化速率较慢的问题,提高了致密化效率,有利于降低C/C复合材料的制备成本。     

真空电弧离子镀CoCrAlY涂层工艺研究

采用真空电弧离子镀工艺在渗铝后的镍基铸造高温合金表面制备CoCrAlY涂层,通过SEM、光学显微镜检查了沉积工艺参数对涂层表面颗粒状态、涂层组织形貌及涂层沉积速率的影响,优化了真空电弧离子镀工艺参数。经高温退火处理后,CoCrAlY涂层与渗铝层之间有明显的扩散层,涂层与渗铝层结合良好。     

真空气相沉积装置的研制

叙述了航空发动机涡轮叶片表面防护渗层工艺和真空气相沉积装置的研制。