陶瓷隔热瓦轻量化制备

针对航天器减重的需求,开展了陶瓷隔热瓦轻量化制备研究。一方面不改变隔热瓦的组分和基本工艺参数,仅改变致密化程度得到较低密度(0.25～0.30 g/cm~3)的隔热瓦,研究其微观结构、热导率、力学性能和高温隔热效果随密度的变化规律;另一方面,改变隔热瓦的烧结温度或引入短纤维,分析参数改变对隔热瓦热导率和力学性能的影响。结果表明:密度减小会降低隔热瓦的室温热导率,同时力学性能及高温隔热效果也会下降;提高烧结温度是提高低密度隔热瓦力学性能的有效途径,不同长、短纤维比例对热导率和力学性能无明显影响。     

微波烧结制备MoSi2 及SiC/ MoSi2 纳米复合陶瓷

采用微波烧结法制备了MoSi2和10vol%SiC/MoSi2纳米复合陶瓷。通过SiC预加热体的混合式加热法和合理的保温结构设计,实现了MoSi2低温阶段的快速升温,提高了温度均匀性。密度和力学性能测试结果表明,1 450℃保温60 min烧结工艺下,MoSi2试样的相对密度达到93.4%,断裂韧度4.5 MPa.m1/2,维氏硬度为10.53 GPa,弯曲强度为186 MPa。10vol%SiC/MoSi2试样尽管相对密度下降为90.3%,但各项力学性能均优于MoSi2试样。相比1 650℃热压烧结,微波烧结温度降低了200℃,MoSi2和SiC/MoSi2试样致密性有所下降,但力学性能有较大提高,尤其是MoSi2试样。断口扫描分析表明,微波烧结试样相对热压烧结试样基体晶粒更细,孔隙细小且分布均匀;SiC/MoSi2试样微波烧结的晶粒细化效果不如MoSi2明显。     

陶瓷隔热瓦的缺陷修补

分别采用了MgO、YSZ和Al₂O₃三种陶瓷粉体和一种含隔热瓦本体成分的粉料对陶瓷隔热瓦缺陷进行修补。研究了修补前后材料的微观形貌、力学及隔热性能。结果表明：采用含隔热瓦本体组成的粉料对陶瓷隔热瓦进行修补，修补部位与本体部位相容性好，且微观形貌相似，仍保持纤维搭接的多孔空间网络结构；修补后试样密度0.24 g/cm³、室温热导率0.044 W/（m·K）、压缩强度0.58 MPa；1 200℃、30 min热处理后，修补部位与本体部位结合性好，未出现裂纹、凹陷等缺陷，是有效的缺陷修补方法。     

高效隔热材料结构与性能研究

以陶瓷隔热瓦和纳米隔热材料为研究对象,揭示了高效隔热材料结构与性能的关系.研究结果表明:随着密度的增加,隔热材料室温热导率和力学性能随之增加;陶瓷隔热瓦平面方向和厚度方向的结构和性能存在明显差异;复合纳米结构后,材料的隔热性能明显提高;室温热导率从43 mW/(m·K)降低至36 mW/(m·K);添加少量功能添加物后,材料的高温隔热性能进一步提高,高温考核中背面温度从668℃降低到576℃.同时介电常数从2.2％增加到6.6％;通过气相超临界工艺在材料表面接枝有机基团,材料表面疏水状态发生显著变化,材料具备了防水和低吸潮的特性.     

刚性隔热瓦重复使用性评价研究

为满足未来新型飞行器对隔热材料的需求,将刚性隔热瓦在1 200℃热处理30 min,对其质量稳定性、尺寸稳定性、力学性能、隔热性能以及微观结构等进行了评价.结果表明,热处理20次的质量损失率、xy向线性收缩率、隔热性能以及微观结构变化都很小,仅z向线性收缩率稍大(3.19％).综合来看,1 200℃/30min的使用条件下,隔热瓦能够满足20次的重复使用要求.     

刚性隔热瓦组件拉伸强度有限元分析与验证

为研究侧面涂层和应变隔离垫厚度及两者刚度对刚性隔热瓦及组件力学性能的影响,构建一种对称结构的刚性隔热瓦分析模型,进行了拉伸试验和有限元分析。结果表明,在拉伸载荷作用下刚性隔热瓦的应力分布不均匀,具有明显应力集中现象,其拉伸强度水平与最大应力密切相关,随涂层厚度或刚度增加,刚性隔热瓦最大应力上升,拉伸强度降低;当刚性隔热瓦粘结应变隔离垫时,应变隔离垫厚度增加或刚度减小,刚性隔热瓦最大应力下降,拉伸强度增大;当刚性隔热瓦含涂层时,增加应变隔离垫可减缓涂层对刚性隔热瓦的影响;并对有限元分析结果进行了试验验证,计算结果与试验结果吻合良好,表明建立的刚性隔热瓦分析模型合理,揭示了涂层和应变隔离垫参数与刚性隔热瓦失效的关联关系。     

RLV金属热防护系统热分析方法进展

随着空间探索技术的发展,人们研究可重复使用运载器(Reusable Launch Vehicle,RLV)热防护系统的兴趣日趋高涨.2003年美国的Columbia号航天飞机烧毁,主要原因是脱落的泡沫绝缘材料撞击到了飞机外部热防护系统(Thermal Protection System,TPS)的陶瓷隔热瓦,使几块隔热瓦脱落,导致飞机在穿入大气层时被高温烧毁.陶瓷隔热瓦虽然耐高温,但是因其自身的物理脆性,在航天飞机上升或下降的过程中曾经有多次脱落的记录,这使得人们研究的重点开始转向更复杂的金属隔热系统,并希望用来取代陶瓷隔热瓦.     

氧化铝气凝胶复合高温隔热瓦的制备及性能

以陶瓷纤维制成的高温隔热瓦为骨架,真空浸渍氧化铝溶胶,再经过凝胶、老化和超临界干燥制备出氧化铝气凝胶复合高温隔热瓦,研究了其在不同温度处理后(最高温度1 400℃)的微观结构、隔热和力学性能。结果表明:气凝胶复合高温隔热瓦在1 400℃保温30 min后线收缩率仅为2%;随着热处理温度升高,气凝胶颗粒发生熔并、长大,气凝胶从填充纤维空隙到不断收缩,但对纤维骨架没有明显影响;隔热瓦的室温、高温热导率均显著降低;在热面1 400℃的背温测试中,复合后材料的背温从945℃降到870℃;复合后隔热瓦的力学性能略有增加;但是1 200~1 400℃的压缩强度下降较大。可见,气凝胶复合高温隔热瓦可改善其隔热性能,但在高温下力学性能下降。     

高精度加速度计力矩器磁路的设计与仿真分析

力矩器磁路性能决定了加速度计标度因数的性能,为此利用有限元方法对力矩器磁路的磁通密度进行分析,在此基础上提出了两种结构优化设计方案,并对其进行仿真计算。仿真结果表明,改变导磁帽的形状可以提高气隙磁场的磁通密度的稳定性和均匀性,但导磁帽易出现饱和现象;通过降低磁钢的高度,同时增加导磁帽的高度,既能大幅度的提高磁场的稳定性和均匀性,导磁帽也不会出现饱和现象,但气隙磁场的磁通密度均值会降低37.25%,非线性误差为1.83%,优化后气隙磁场存在着磁通密度稳定（径向均值为0.42868T）和均匀的区域。     

面向空心涡轮叶片的氧化铝基陶瓷铸型高温强化制造

针对航空空心叶片氧化铝基陶瓷铸型高温性能较差的问题,研究了不同浸渍材料对氧化铝基陶瓷铸型高温性能的影响规律。结果表明:未经强化处理的陶瓷铸型力学性能较差,高温(1 500℃)强度不足0.5MPa,室温(20℃)强度不足10MPa。经硅溶胶、硅酸乙酯水解液、YCl3溶液以及MgCl2溶液4种不同浸渍液强化处理后陶瓷铸型力学性能有不同程度的提高,其中YCl3溶液以及MgCl2溶液强化效果不理想,陶瓷铸型力学性能没有明显改善,且MgCl2溶液浸渍强化后陶瓷铸型存在较大的体积膨胀,不能满足使用要求;硅溶胶、硅酸乙酯水解液浸渍强化可显著改善陶瓷铸型的高温性能,硅溶胶强化处理后,陶瓷铸型1 500℃高温强度可达10MPa左右,满足空心涡轮叶片定向凝固过程中对铸型高温强度的要求。通过复合浸渍的方法制造了一体化陶瓷铸型并成功浇铸了空心涡轮叶片。     

轻质耐高温隔热材料及成型技术

针对型号更高的热环境要求,开展新型轻质耐高温隔热材料研究。采用耐高温酚醛树脂作为基体树脂,添加纤维、功能性填料,通过预混料片材进行低压固化成型,对所制备的隔热材料试片进行密度、热性能以及力学性能等的测试。结果表明:该材料体系密度为0.6~0.9 g/cm^3,初始分解温度大于450℃,拉伸强度大于12MPa,200℃拉伸强度大于10 MPa,热导率低于0.25 W/(m·K),并可根据实际应用需求,实现对材料各方面性能的调控。所制备的隔热材料试片通过某型号风洞考核验证,采用该材料体系制备的大尺寸异形结构舱体通过力热联合试验考核,满足总体设计要求。     

轻质刚性纳米隔热材料的制备与性能

针对高马赫数飞行器局部位置对刚性隔热材料的迫切需求,开展了轻质刚性纳米孔隔热材料的制备和性能研究。通过纤维分散、模压成型和纳米颗粒复合技术,成功制备出力学性能优良的刚性纳米孔隔热材料。研究了材料组成与力学性能、隔热性能和微观结构的关系。结果表明,采用刚性骨架增强的纳米孔隔热材料是相同密度下纤维毡增强隔热材料压缩强度的两倍;温度越高,隔热材料的压缩强度变化就越大。     

刚性隔热材料的力学性能

采用纤维烧结法制备了刚性隔热材料,研究了材料密度、纤维取向、测试温度、与气凝胶复合等因素对材料力学强度的影响规律.结果表明:隔热材料力学强度随着密度的提高而增加;隔热材料平面方向拉伸和压缩强度均达到厚度方向的4倍以上;800和1 000℃下,材料的压缩强度保持率分别达到90%和50%;与气凝胶复合后隔热材料在拉伸强度维持不变的情况下,压缩强度增加35%以上.     

基于热力学理论的固体推进剂粘弹-粘损伤本构模型

为了描述固体推进剂在不同应变率和围压环境下的非线性力学特性，首先通过假设推进剂非线性力学特性由损伤导致，基于不可逆热力学框架，推导出粘弹-粘损伤本构模型。在构建粘损伤模型时，以线性粘弹性应变能密度为损伤驱动力，并且引入了损伤历史、应变率和围压效应对于损伤增长的影响。然后利用文献中HTPB推进剂的围压实验数据对一维形式下的本构模型进行了参数获取、验证和预测误差分析。在获取损伤萌发参数S0时，基于时间-压强等效原理，构建了损伤萌发参数S0主曲线。最后采用NEPE推进剂单轴拉伸实验验证了本构模型对于当前固体推进剂大变形非线性力学性能的适用性。结果表明，损伤萌发参数S0随着围压和应变率的增加而增加。在应变率和围压的双重作用下，在相对压强5.516MPa，0.24s-1条件下的S0是相对压强0MPa，6×10-4s-1条件下数值的10.7倍。另外，模型对于HTPB推进剂抗拉强度的最大预测误差为6.15%，模型预测结果与两种实验数据重合较好，表明建立的粘弹-粘损伤本构模型可以很好地预测HTPB推进剂在不同应变率和不同围压环境下的力学响应和当前NEPE推进剂的大变形非线性力学行为，可为点火增压载荷下固体推进剂药柱结构完整性数值分析提供理论基础。     

铝合金薄壁铸件压力结晶及性能的研究

 提高铝合金铸件致密性的一种有效工艺是压力下结晶,即铸件在结晶凝固期间,使之处于大于大气压力的环境中,迫使液体金属在枝晶间流动来补充显微缩孔和缩松。一般认为这项工艺只适用于较厚大的铸件,对薄壁铸件因凝固过快而无效。航天、航空工程中许多铝合金铸件的断面为薄壁或超薄铸,对铸件内部组织的致密性有一定要求。     

叠氮聚氨酯弹性体(1)分子间作用力对力学性能的影响

研究了加强分子间作用力对提高叠氮聚氨酯弹性体力学性能的影响。以 HDI三聚体为固化剂的 GAP聚叠氮缩水甘油醚弹性体的拉伸强度 /断裂伸长率为 0 .66MPa/ 1 2 7.2 %。 GAP与含强极性基团的叠氮聚醚 APP共混 ,弹性体的拉伸强度随 APP用量增加而增加。红外谱图显示 ,氢键作用越强 ,弹性体力学性能越好     

铝/铜异种金属搭接无倾角微搅拌摩擦焊接工艺特性

以0.5mm厚6061铝合金和2mm厚T2紫铜搭接接头为研究对象,开展了无倾角微搅拌摩擦焊接试验,通过对搅拌工具材料选择、焊缝成形、接头性能分析,研究了其焊接工艺特性。试验结果表明,相比热作模具钢,采用高速工具钢制成的搅拌工具有更长的使用寿命。对于铝/铜搭接接头,无倾角微搅拌摩擦焊接能获得成形良好的焊缝,并且其工艺窗口宽泛,接头的力学性能良好,其承载能力能够达到铝合金母材的95%以上,但是当焊接速度为200mm/min时,主轴转速一旦超过25000r/min,焊缝表面将会出现沟槽缺陷。     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题，提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中，即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形，随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析，采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征，并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明，采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好，整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内；构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm，沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm，构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定，1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa，平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关，未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大，减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。