SiC/C功能梯度材料的设计、制备及性能

采用粉末冶金法中的叠层法在2 000℃、40 MPa的热压烧结条件下制备了几类不同层数及成分分布指数的SiC/C功能梯度块体材料(FGM).所得样品的结构扫描图表明材料总体梯度特征显著,相比四层FGM样品,八层(SF8)FGM样品梯度过渡趋于连续,其不同层间层界面相对模糊化,界面处的结合性能良好,与最初设计相吻合;500℃～室温循环淬水实验表明,采用参数优化设计的SF8(P=0.6)FGM有效地缓和了内部热应力,具有良好的抗热震性能.     

Cf / ZrB2 -SiC 复合材料的制备及抗热冲击性能

采用前驱体转化法制备Cf / ZrB2 -SiC 复合材料,对材料的热物理和热震性能进行了研究。采用 扫描电镜和X 射线衍射分析材料的微观结构及物相变化。结果表明:复合材料在1 700℃热震循环10 次材料 保持完整,表现出了良好的抗热震性能。通过微观结构分析,高温氧化后生成的多孔SiO2 氧化层能够吸收热 应力,缓解因热震带来的巨大温度差,ZrB2 组元的加入有效地提高了材料抗热震性。     

Mo-Si涂层C/SiC复合材料的氧化性能

采用刷涂法在C/SiC复合材料表面制备Mo-Si抗氧化涂层,研究涂层的微观结构、氧化性能和热震性能.结果表明,涂层中存在微裂纹等缺陷,物相组成为MoSi2、SiO2、SiC和Si.1 400℃氧化时,微裂纹等缺陷迅速愈合.单层Mo-Si涂层试样经5 h氧化后,失重率高速5.90%,贯穿裂纹是涂层失效的主要原因.三层Mo-Si涂层试样经140h氧化后,失重率仅为1.37%,失重速率为3.80×10-5g/(cm2·h).在1 400℃(←→)100℃的热震过程中,涂层保持完整,热震50次的失重率为0.34%.经25次和50次热震后,涂层试样的弯曲强度保持率分别为90.30%和74.56%.三层涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能,这与涂层的制备工艺和结构密切相关.     

短碳纤维增韧石英复合材料性能研究

以短碳纤维为初始原料，采用溶胶一凝胶技术引入SiO2组分，在一定的热压烧结制度下得到致密Cf／SiO2复合材料；研究了其烧结条件、力学性能、线膨胀及烧蚀性能。实验表明，基体保持非晶态，可达到99％的致密度；随碳纤维含量的增加，弯曲强度(σf)无显著变化，断裂韧性(KIC)先升后降；线膨胀系数随碳纤维含量增加而增加，该材料具有良好的抗热震及耐烧蚀性能。     

CeO_2含量对Nd_2Ce_xO_(3+2x)热障涂层性能的影响

采用高温固相法合成了Nd2CexO3+2x(x=2.0,2.25,2.5,2.75,3.0)复合氧化物,在高温合金基体上采用等离子喷涂制备了该材料热障涂层.XRD分析结果表明Nd2CexO3+2x粉末和涂层均为立方萤石晶体结构.考察了CeO2含量对Nd2CexO3+2x的力学性能(弹性模量、维氏硬度和断裂韧性)和等离子喷涂涂层在1250℃抗热震性能的影响.随着CeO2含量增加,材料的弹性模量降低,维氏硬度和断裂韧性提高.通过提高初始粉末中CeO2的含量,获得了组成接近化学计量比Nd2Ce2O7的涂层,涂层的抗热震性能增强,热循环次数达到1000次以上.Nd2CexO3+2x涂层的失效原因主要是:与金属基体之间热膨胀系数不匹配、粘结层氧化和涂层烧结.     

CF/PEEK超声原位固结铺放及其复合材料力学性能

热塑性复合材料自动铺放（ATP）原位固结成型是未来航空复合材料结构件的发展趋势,缩小其制件与热压制件性能的差距具有工程实践意义。基于超声原位固结成型工艺,制备碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）层合板,并与铺放后热压和直接平板热压试样比较力学性能差异,为热塑性复合材料的自动铺放提供参考。结果表明,超声热源能够满足CF/PEEK铺放的能量要求,功率的增加和铺放速度的降低有利于铺层结合;与平板热压试样相比,铺放成型试样的孔隙率高,纤维存在部分损伤;在节省了平板热压后固化周期的情况下,超声铺放单向层合板试样拉伸强度、拉伸模量和层间剪切强度分别为1.32、113.8 GPa和39.2 MPa,达到了直接热压试样的80.4%、84.8%和65.1%,在经过热压后固化后,分别提高到直接热压的92.1%、92.6%和82.5%。超声原位固结成型试样的简支梁摆锤冲击失效形式为分层,其经过热压后,孔隙率下降,铺层结合强度提高,试样的冲击失效形式为断裂,与直接热压的相同。     

液相等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的显微结构及抗热震性能研究

采用液相等离子喷涂技术制备了纳米氧化锆热障涂层。用透射电镜、扫描电镜和X射线衍射研究了涂层的晶粒特性、显微结构和晶体结构,同时研究了纳米氧化锆热障涂层的热震性能。结果表明:液相等离子喷涂制备的涂层晶粒约30nm;涂层具备均匀的孔隙结构;涂层热震前后的主相为稳定的四方相晶体结构;涂层的特殊孔隙结构有利于缓解热震循环过程中产生的应力、阻止裂纹的形成和扩散,从而提高了涂层的抗热震性能。     

重型运载火箭发动机涡轮部件富氧燃气通道高温防护涂层技术研究

针对液体火箭发动机富氧燃气通道的传统搪瓷涂层在高温、高压、高速燃气冲刷工作环境下存在的开裂和脱落问题,对金属陶瓷复合涂层进行了高温氧化防护技术研究。采用喷涂和真空烧结工艺在高温合金基材表面制备了金属陶瓷复合涂层,对其组织结构、物理特性和高温抗氧化、热震、抗火焰冲刷性能进行了分析和试验。结果表明,金属陶瓷复合涂层通过真空热扩散形成了多孔组织,在1000℃氧化和冷热交变环境下表现出优异的抗氧化、抗热震性能,能够承受1100℃、1马赫燃气冲刷。     

预测脆性陶瓷的抗热震性的理论方法

抗热震性是脆性陶瓷材料的重要性能之一。本文详细地总结了预测陶瓷抗热震性的各种理论方法。重点地讨论了临界应力断裂理论、热震损伤理论以及断裂开始和裂纹扩展的统一理论，并指出了各种抗热应力争数的适用范围和热环境条件。     

亚微米晶NiAl-Al2O3复合材料的制备及其烧结-锻造短流程成形

以Ni粉和Al粉为原料,通过机械合金化和真空热压烧结制备了高致密的NiAl-5％Al2O3(体积分数,下同)复合材料,并利用烧结-锻造技术制成了该材料的前缘模拟件.机械球磨后,粉末颗粒充分细化,Ni和Al发生原位反应,并最终生成NiAl-5％Al2O3复合材料粉末.经1300℃真空热压烧结,获得致密的NiAl-Al2O...     

MoSi2 涂层高温抗氧化性能和微观组织

采用真空阴极电弧沉积工艺在铌钨合金喷管内、外表面和铌钨合金试样表面沉积了Mo层,采用真空包渗工艺使Mo层硅化生成MoSi2涂层。利用扫描电子显微镜、能谱、XRD、金相显微镜对Mo层和MoSi2涂层表面和断面微观形貌、结构进行了分析。分析表明:MoSi2涂层的相结构由外向内大致可分为外层(MoSi2)、中间层(NbSi2)和过渡层(Nb5Si3)。高温抗氧化试验结果表明:MoSi2涂层在大气环境下1 800℃的静态抗氧化性能达到了30 h,室温至1 700℃循环热震1 376次。考核热试车情况:发动机在温度1 450℃累计工作了415s,在1 610℃工作了100 s,涂层状况完好。     

Resistance welding of glass fiber reinforced thermoplastic composite: Experimental investigation and process parameter optimization

The utilization of fiber reinforced thermoplastics (FRTP) is expected to fulfill lightweight demand in mass-produced aerospace products. Facing the unavoidable assembly of FRTP parts, fusion bonding methods such as resistance welding are promising compared with mechanical joint and adhesive bonding. In this paper, a procedure has been brought out to understand the relationship between processing conditions and performance of the FRTP welding joints. The adherends were continuous glass fiber reinforced polypropylene (GF/PP) laminates fabricated by hot-pressing method. The influences of time, current and pressure on the bending strength of the resistance welding joints were investigated. A processing window was drawn based on the optical observation of welded surfaces. The quantitative relationship between process parameters and mechanical property of GF/PP welding joint was established by Response Surface Method (RSM) with high accuracy. It was found that bending strength of GF/PP welding joint was improved by 31% compared with hot-pressing benchmark.     

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。     

Thermal shock damage behavior of CVD ZnS by oxygen propane flame：A numerical and experimental study

Chemical vapor deposition zinc sulfide （CVD ZnS） is widely used as an infrared window material to transmit infrared signals, keep the aerodynamic shape and protect its imaging system, which often suffers high temperature and complicated thermal stresses. The purpose of this paper is to investigate the thermal shock damage of CVD ZnS through a finite element method and oxygen propane flame experiments. The finite element model is developed to simulate the temperature and thermal stress fields by an oxygen propane flame. Then, the thermal shock experiments are performed to investigate the thermal shock damage behavior. The results show that the temperature rising rate of the shock surface is fast during the initial heating stage resulting in high thermal stress. After the thermal shock experiment, the scanning electron microscope （SEM） photographs shows that the shock surface of the specimen becomes rough and the microcracks occur in the thermal shock zone. Good agreements are achieved between the numerical solutions and the experimental results.     

（Al2o3）p／Al复合材料的研究

本研究采用Ｌａｎｘｉｄｅ工艺制备了Ａｌ２Ｏ３颗粒增强铝基复合材料，分析了（Ａｌ２Ｏ３）ｐ／Ａｌ的微观结构，测试了铝基复合材料的拉伸性能、瞬时耐温性能、导热性能。结果表明，在渗透完全，显微结构致密；在Ａｌ２Ｏ３与Ａｌ的界面处，原位生成ＭｇＡｌ２Ｏ４尖晶石晶体复合材料的极限拉伸强度为３５０－３７８ＭＰａ，拉伸量为１０３－１２１．６ＧＰａ，断裂延伸率为１．９６％；在１０８０℃、２０ｓ的氧乙炔焰下，无烧蚀     

红外热像仪作用距离现场检测装置的研究

针对目前红外热像仪现场性能检测手段的不足,设计一套便携式红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)检测装置,首先现场测量出红外热像仪的MRTD,再由大气透过率模型计算得到目标的表观温差,最后通过Johnson准则分析计算得到红外热像仪探测或识别目标的能力.试验结果表明该方法准确可行,可用于各类红外热像仪作用距离的检测.     

非定常流测量用薄膜热电阻温度探针的性能研究

设计了一种铂薄膜热电阻温度探针。稳态试验结果,该探针线性度偏差低于 0.5%。用激波管和高频射流检查了温度探针的频率响应,能达到约 6.0 k Hz。经试验和传热学分析结果,影响传感器热响应的最大因素是基底的热物性和尺寸。用该探针成功地测出了一台跨音速单级轴流压气机的旋转失速信号。实践表明,薄膜热电阻温度探针以其高频响、良好的线性度、高灵敏度和简单实用,在非定常流温度测量中有良好的应用前景。      

基于高温热管的超燃燃烧室热防护结构

提出了基于先进热管理思想的燃烧室热防护结构.面板采用腔体式平板高温热管，实现面板等温化，降低局部高温区的温度；在热管腔体内部设计燃油冷却通道，实现对超燃燃烧室面板的燃油主动冷却.对其各项性能进行了数值分析，给出了设计参数对系统性能的影响规律，并完成了结构样件研制及石英灯试验考核.典型设计状态下，其单位面积质量为无氧铜面板的35.4%，高温合金面板的38.2%.石英灯局部加热条件下，面板最高温度为1123K时最大温差为80K.相比于传统燃油冷却方式，该型防热结构能够有效提高超燃发动机燃烧室热防护的整体性能，是超燃发动机热防护的一种重要概念.      

基于深度学习驱动的L型定向热疏导机理

碳/碳（C/C）复合材料具有热导率大、比强度高、耐烧蚀和耐冲刷等优异特性,被广泛应用于飞行器的热防护系统中,其有效导热系数对于实际应用而言是重要的热物理性质,尽管可以通过有效介质理论、对热扩散方程直接求解和玻尔兹曼输运方程等传统方法计算C/C复合材料有效导热系数,但这些数值方法通常十分耗时。本文引入深度学习方法,将格子玻尔兹曼（LBM）的三维格子模型作为三维卷积神经网络（3D-CNN）微观结构,不仅解决了三维微观结构模型难以捕获的问题,还便于实现数值计算模型和CNN模型的同步简化,利用3D-CNN快速精准地预测三维三相C/C复合结构的有效导热系数,基于此对内置L型高导热碳纤维丝的定向热疏C/C复合结构的有效导热系数进行快速预测和研究。研究表明,CNN模型在LBM传热计算上表现出强大的学习能力,但在测试样本结构孔隙率过分超出训练集时预测误差将大幅增加,且当孔隙率变化范围从30%~35%变化到55%~60%时,CNN模型"内插"预测的相对误差较模型"外推"降低了0.93%~30.72%。在C/C复合结构中内置L型高导热碳纤维丝可以将高温区域的热量沿纤维方向定向疏导至低温区域。