高熵合金及其他高熵材料研究新进展

高熵材料是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材料,打破了传统的材料设计理念。高熵材料以其独特的晶体结构特征,表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点。目前国内外已经研发出多种高熵材料,在力学、物理和化学性能等方面具有独特的优势,在很多领域具有巨大的应用潜力,已经成为国际材料学术界的重要研究热点之一。本文从高熵材料的设计理念出发,主要综述了高熵合金、高熵陶瓷、高熵金属间化合物等高熵材料的最新研究进展,总结了不同高熵材料的结构特征、组织性能及强化机制,并对高熵材料的发展趋势进行了展望。高通量计算与制备将成为设计这类多主元材料的重要快捷手段,随着材料的进步,高熵材料成形加工技术必将快速发展以满足其多元化应用需求。     

高熵陶瓷:吸波材料设计新策略北大核心CSCD

微波技术的进步促进了电磁防护技术的发展。吸波材料可以将过剩的电磁辐射以热量形式耗散,因此受到了广泛关注。面对复杂的电磁环境,寻找在1~18 GHz频段内兼具强吸收和宽频吸收性能的吸波材料具有重要意义。目前,吸波材料的设计方法主要包括制备纳米复相材料和掺杂改性。通过将介电损耗型和磁损耗型的材料在纳米尺度复合可以实现两种损耗机制的耦合,但制备工艺复杂、纳米填料分散性难以精确控制、高温热稳定性及抗氧化性差等问题是制约纳米复相材料应用的主要因素。超高温陶瓷具有高温热稳定性及抗氧化性好等优点,但阻抗匹配差使其难以作为吸波材料应用。通过设计和制备含有磁性组元的高熵陶瓷可以使超高温陶瓷材料兼具宽频吸收和强吸收的高效吸波性能。采用高熵设计方法可以同时调节导电性和增强磁损耗能力,为导电性良好的介电型吸波材料提供了调控阻抗匹配的新思路。     

高熵陶瓷研究进展

高熵陶瓷是一类新兴的陶瓷材料,因其独特的结构和性能,近年来受到广泛的关注。本文从高熵陶瓷的定义出发,通过概述固相反应法、前驱体热解法以及放电等离子烧结法等高熵陶瓷制备方法,介绍了合成高熵陶瓷的工艺流程;并且详细阐述了近年来高熵氧化物、高熵碳化物、高熵二硼化物等体系的高熵陶瓷的研究成果,对不同体系的高熵陶瓷的特点和应用前景进行了归纳和总结。     

超高温陶瓷的研究进展

超高温陶瓷在极端环境中能够保持稳定的物理和化学性质,被认为是高超声速飞行器和大气层再入飞行器鼻锥和前缘最有前途的候选热防护材料。本文系统评述了超高温陶瓷(主要是过渡金属硼化物、碳化物和氮化物)在粉体合成、致密化、力学性能等方面的研究进展。对超高温陶瓷研究中存在的一些问题作出初步总结,希望对超高温陶瓷的进一步研究和应用起到积极的推动作用。     

新型高温/超高温热障涂层及制备技术研究进展

简单介绍了先进航空发动机高温/超高温热障涂层(TBCs)的研究背景、意义和现状;简述了近年来国际上在新一代超高温TBCs方面的研究进展。重点介绍了近年来北京航空航天大学在新型高温/超高温TBCs方面的研究成果,包括新型超高温、高隔热陶瓷隔热层材料,1 150℃以上新型抗高温氧化金属粘结层材料,以及电子束物理气相沉积(EB-PVD)、等离子体激活EB-PVD(PA EB-PVD)和等离子物理气相沉积(PS-PVD)等新型制备工艺。最后对TBCs在未来高性能航空发动机上的应用及发展趋势进行了展望。     

基于熵产理论设计方法的多目标翼型优化

将熵产理论引入翼型的多目标气动优化设计,通过理论推导湍流流场熵产率计算公式,进而阐述熵分析方法在翼型气动优化中的作用。通过CST参数化方法对翼型进行参数化建模,并将多目标优化算法与CFD计算耦合起来,计算翼型升阻比和流场熵产率,建立一种以最大升阻比和最小熵产率为目标的翼型优化方法,进而得到优化翼型的Pareto解,并与传统翼型优化方法进行对比。与初始种群相比,优化翼型具有更优的气动性能,在升阻比提高的条件下,流场熵产率减少,能量效率提高。采用多目标遗传算法得到的非支配解集分布均匀,质量较高,设计者可以根据设计需要选择具有相对低熵产的一组翼型来改善空气动力性能。结果分析表明,本文所建方法具有较强的全局收敛性,具有一定的工程应用前景。     

新一代超高温热障涂层研究

介绍先进燃气涡轮发动机热障涂层的研究背景、意义和现状;综述近年来国内外在新一代超高温热障涂层方面的研究进展,包括新型超高温、高隔热陶瓷隔热层材料,1150℃以上抗高温氧化、与先进单晶高温合金化学匹配的新型金属黏结层材料,长寿命、高可靠性热障涂层结构设计以及先进热障涂层制备技术;分析发动机环境下CMAS沉积物对热障涂层的损伤机理以及相关的CMAS防护方法;最后展望新一代超高温热障涂层的发展动向及研究热点.     

功能梯度材料热传导的多尺度边界元分析

功能梯度材料是物理性能连续变化的非均匀复合材料,其结构特点消除了材料内部严重的热应力界面,在航空、航天及核反应堆等工程领域具有广阔的应用前景。针对功能梯度材料的稳态热传导问题,给出一种基于边界元模型的统计多尺度分析方法,并针对典型问题进行数值模拟。首先,在功能梯度材料微结构随机分布且体积分数随着位置变化的表征基础上,建立等效热传导系数的多尺度边界元分析模型;然后,给出统计意义下的数值计算方法;最后,研究颗粒随机分布功能梯度材料的热传导性能,并通过与实验结果对比对算法进行验证。结果表明:统计多尺度边界元方法对于预测功能梯度材料的热传导性能是有效的。     

随机复合材料统计多尺度边界元算法研究

热传输行为是空天飞行器热防护系统服役过程中的重要问题,研究随机复合材料的热传输机理,可为热防护系统材料与结构的一体化设计提供理论依据。针对随机复合材料的热传导问题,发展一种统计多尺度边界元算法,首先建立等效材料参数的统计多尺度分析模型,然后给出统计意义下等效参数的多尺度边界元预测算法,并通过与理论结果的对比来验证算法的有效性,最后研究微结构分布状态对陶瓷多孔材料等效导热系数的影响。结果表明:采用统计多尺度模型及多尺度边界元算法预测随机复合材料的热传导性能是有效的。     

基于超大涡模拟的燃烧室气动性能仿真研究进展

航空发动机燃烧室涉及旋流、雾化蒸发、掺混、化学反应、湍流与火焰相互作用等多尺度强耦合物理化学过程,相关的高 精度建模和数值模拟面临极大的挑战。超大涡模拟是近些年发展的兼顾计算精度、计算效率和强鲁棒性的数值模拟新方法,具备 试验室尺度和复杂工程应用场景下湍流流动与燃烧仿真能力。针对航空发动机燃烧室相关流动与燃烧基本特征,阐述了超大涡 模拟的理论方法及特点,从旋流流动、湍流燃烧、液雾雾化、碳烟生成、燃烧不稳定等典型多物理过程,以及双旋流模型燃烧室和高 温升燃烧室气动性能集成仿真等方面介绍了超大涡模拟的研究进展,对涉及的物理机制进行了分析,为超大涡模拟在航空发动机 燃烧室中规模化工程应用提供了坚实支撑。超大涡模拟在较低的计算资源消耗下具备与传统大涡模拟相当的计算精度,是一种 经济可承受的燃烧室高精度气动性能仿真新方法。     

一种铍合金材料的结构和性能

对国外某型号飞机所用的铍合金刹车材料进行了密度测试、结构观察、化学元素分析、力学、物理和摩擦性能表征,并与C/C、C/SiC复合材料和粉末冶金材料的相关性能作了对比,结果表明,粉末冶金铍合金材料密度低,力学和摩擦性能优异,是一种很有发展前途的刹车材料.     

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。     

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。     

耐300 ℃聚酰亚胺树脂及其复合材料性能

为了解决耐300 ℃聚酰亚胺复合材料在热压成型工艺过程中尚未解决的基础性科学问题，推动其在飞行器主承力结构件的成熟应用，本文通过DSC、FTIR、流变、TGA和力学性能测试方法，系统分析了耐300 ℃聚酰亚胺树脂化学反应特性及其复合材料力学性能。结果表明，聚酰亚胺树脂于230 ℃完全酰亚胺化，1 ℃/min升温速率下最低黏度为86 Pa·s，采用优化成型工艺制备的复合材料具有良好的内部质量和力学性能。     

尾翼盒段主承力结构用高温固化碳纤维复合材料性能应用研究

为了获得成套材料性能数据,为制件工艺性提供支持,并确定是否满足民用飞机设计和使用要求等,针对两组各三个批次的高温固化环氧树脂碳纤维复合材料,采用热压罐工艺制备,并对预浸料及层合板物理性能和3种环境条件下的基本层合板力学性能进行了研究。结果表明,两组预浸料树脂挥发份小,树脂流动度和凝胶时间适中,工艺性良好;该两组复合材料孔隙率小,纤维体积分数适中,耐温、耐湿热和界面粘结性能均较好,且M21体系复合材料的综合性能稍优于CYCOM 977-2体系复合材料,其结果均基本能满足某型民机尾翼盒段设计和使用要求,为该类材料的后续应用发展提供了依据。     

氢对TC4合金物理力学性能的影响及其与切削性能的相关性

分析研究了TC4合金经适当氢处理后的微观组织和物理力学性能变化规律,并通过切削试验研究了氢对切削加工性能和刀具磨损的影响,初步分析了二者的相关性.     

PZT/PVDF压电复合材料的合金化制备技术及其性能研究

采用氧化物球磨法制备了ＰＺＴ粉末,ＸＲＤ显示它是Ｚｒ与Ｔｉ比例为５２：４８的纯四方钙钛矿型结晶相,用合金化技术获得了六种含ＰＺＴ不同体积分数的ＰＺＴ／ＰＶＤＦ复合材料,对其介电性和压电性的测试表明,随着ＰＺＴ含量的增加,电性能参数呈非线性增大,当ＰＺＴ的体积分数达到７０％时,介电常数ε和压电常数ｄ３３值迅速增加并接近纯ＰＺＴ值。     

板料机械性能指标与压制成形性能间的关系

本文通过一定的试验数据，对板料机械性能指标与压制成形性能间的关系进行了定性的分析。     

飞机座舱有机玻璃透明导电膜的制备及透光和微波散射性能

研究了用溅射法在飞机座舱有机玻璃上镀制金属-介质组合透明导电膜的工艺 ;测试和分析了金膜、银膜、氧化钛膜的光学特性、导电性及形貌结构 ;按薄膜光学原理进行膜系匹计算 ,并分别镀制了 Ti O2-Au-Ti O2 、 Ti O2-Ag-Ti O2 组合透明导电膜。在 40 0～ 760 nm可见光波段内 ,透光率分别达到了 74%和 81 % ,在 8～ 1 2 GHz频段内对垂直入射的微波 ,反射率分别达到-1 .1 d B和-0 .8d B。     

预固化对复合材料层压板弯曲性能的影响分析

研究经预固化后的复合材料层压板的弯曲性能对复合材料结构的设计和修理技术是非常重要的。对于各种固化温度和时间对弯曲性能的影响分析，使得设计师优化这些参数，以得到阶段固化件的最优弯曲性能，对制件的最终性能进行控制。