仪表级复合材料在惯性仪表中的应用进展

铝基复合材料是近年来发展起来的一类先进工程材料,具有高的比强度和比模量,特别是这些复合材料各向同性,并且具有比Be更高的抗微小变形的能力和优异的尺寸稳定性,另外,还可以对这些材料进行热膨胀系数设计以便和其他材料匹配。由于这些材料可以大批量、稳定制备,且可以精密加工成复杂形状,使它们成为惯性仪表构件的理想材料。本文综述了近年来,惯性领域中仪表级复合材料国内外的应用研究现状,讨论了仪表级复合材料应用对惯性仪表精度提高所产生的积极作用。     

惯性仪表精度漂移的材料问题与尺寸稳定性复合材料设计

陀螺、加速度计等惯性器件是高精度传感器,对零件的微小变形有着极其敏感的反应。因此,惯性器件材料的尺寸稳定性问题一直是提高精度的关键。作者长期研究发现,惯性仪表精度及其稳定性在结构设计确定的情况下与加工、装配有关,但是本质性的因素是材料在长期温度扰动下的“变形”“变性”“变质”问题。我国关于惯性器件材料尺寸稳定性的研究十分薄弱,材料与工艺技术已经成为制约仪表精度的“卡脖子”问题。本文重点介绍了材料“变形”即在温度扰动下微纳变形的研究结果。首先分析了惯性器件的服役环境以及该服役环境下的材料响应,从而提出复合材料尺寸稳定性设计的基本原理。通过材料设计,为解决低频谐振、复杂结构热应力变形、动载荷弹性变形、长期静载荷微纳米级变形、长期储存下材料时效自发变形等问题提供了有效的材料设计方案。设计制备的仪表级SiC/Al复合材料在核心关键指标上优于铍材,在“高新工程”、“北斗工程”等重大工程中显示出优异的技术效果。     

新型Sip/4032Al复合材料热物理性能研究

采用挤压铸造方法,制备了高体积分数的Si_p/4032Al复合材料。显微组织观察表明,复合材料组织致密,颗粒分布均匀,材料中没观察到孔洞和缺陷;复合材料的线膨胀系数介于(8．1～12)×10~(-6)/K之间可调,并且随着增强体含量的增加而降低,退火后线膨胀系数略有降低,Kerner模型能够较好的预测复合材料的线膨胀系数;复合材料的热导率可达103 W/(m·K),随着增强体含量的增加略有下降,退火处理后热导率略有升高,热导率计算结果均大于测试值。     

冷热循环对SiCp／Al复合材料微屈服行为的影响

采用微屈服强度测试、透射电镜和高分辨透射电镜分析，对经过不同冷热循环工艺处理后的ＳｉＣｐ／６０６１复合材料的微屈服行为进行了研究。结果发现，冷热循环次数虽然对ＳｉＣｐ／６０６１复合材料微屈服行为的宏观规律没有本质的影响，但是仍然影响着ＳｉＣｐ／６０６１复合材料的微屈服行为。研究还发现，冷热循环次数影响ＳｉＣｐ／６０６１复合材料微屈服行为的主要原因是其位错组态和残余应力在不同的循环次数下有明显的不同。     

Gr/Al防热材料的传热特性

通过对Gr/Al防热材料进行氧乙炔烧蚀实验,测定其在烧蚀过程中的升温特性曲线。发现在烧蚀过程中Gr/Al中Al的熔化和蒸发有效地减缓了材料的升温速率,起到很好的热防护作用,并根据Gr/Al的传热特性,建立了传热模型,理论计算与实验结果吻合较好。     

Cf/Al复合材料化学镀Ni-P的研究

采用化学镀Ni-P合金的方法在Cf/Al复合材料表面镀覆一层防腐蚀镀层,用SEM、EDS、XRD,镀层结合力测试考察了镀层质量,用3.5%（质量分数）NaCl溶液浸泡测试腐蚀速率。结果表明,二次浸锌的化学镀前处理工艺,可在Cf/Al复合材料表面镀上均匀的Ni-P合金镀层;镀层结合力测试表明镀层与基体结合良好;镀层成分主要是镍元素,含有少量磷,磷元素主要以Ni3P方式存在;3.5%NaCl溶液浸泡腐蚀实验表明,没镀镍的Cf/Al复合材料的腐蚀严重损伤了基体,而镀镍的Cf/Al复合材料腐蚀发生在镀层表面,不会造成基体损伤。在Cf/Al复合复合材料表面镀覆一层防腐蚀的Ni-P镀层可以在原电池反应中阻挡金属铝的离子导电路径,铝电离的可能性大大减小,明显延缓碳和铝之间的电化学反应发生,提高了Cf/Al复合材料的防腐蚀能力,延长了C/Al复合材料的使用寿命。     

仪表级SiC/Al复合材料的应用研究与实践

针对下一代惯性仪表结构材料在应用中存在问题的现状,开展仪表级复合材料的应用研究,攻克了复合材料稳定化组分设计,高致密、大尺寸复合材料制备技术,尺寸稳定化评价技术和仪表级复合材料稳定化工艺四项关键技术,实现了仪表级SiCP/Al在惯性仪表结构件上的成功应用,分析了该材料应用于惯性仪表可能带来的效果,并指出了制约仪表级SiCP/Al在惯性仪表零部件上应用的问题。     

C_f/Al复合材料无损检测与质量评价初探

通过对Cf/Al复合材料进行X射线照相和超声波检测研究,实现对复合材料中的体积型缺陷(缩孔、疏松和气孔,纤维排布不均)和面积型缺陷(分层、纤维或集体聚集及垂直超声波声束方向裂纹)的检测,并逐步建立了缺陷检测和评价的暂行标准。     

片状粉末冶金的石墨烯/铝基复合材料制备过程控制与力学性能

石墨烯/铝复合材料具有强化效率高、强塑性协同提升、综合性能优异的特点,有望突破现有金属基复合材料强塑性匹配性差的瓶颈问题,但石墨烯的难于分散是困扰材料制备的重要问题。基于机械球磨工艺的片状粉末冶金技术可以将球状铝粉变成片状,实现石墨烯的均匀分散。本研究通过添加过程控制剂PDMS调控机械球磨过程,制备片状铝粉,结合压力浸渗技术制备0.6%(质量分数)GNPs/6061Al复合材料。结果表明:随着球磨时间延长,片状铝粉直径呈先上升后稳定的状态;随过程控制剂黏度上升,片状铝粉直径上升,铝粉片状化效果更明显,同时石墨烯缺陷含量先降低后上升。结合组织表征和力学性能测试,讨论了材料性能与组织结构间的关系。     

Alnico8磁钢的磁稳定性研究

针对自然贮存时间为1年、4年、6年的Alnico8合金进行了显微组织与磁性能演化规律的研究,分析表明贮存时间为1年、4年、6年的Alnico8合金试样X射线衍射峰位置相同,但I_((100))/I_((200))随贮存时间的延长而增加,表明强磁相的有序度增加。富FeCo相也随着贮存时间的延长,尺寸大小更加均匀,相界面更加稳定。同时,不同自然贮存时间的Alnico8合金磁不可逆损失率不同,随着贮存时间的延长,Alnico8合金的磁不可逆损失率逐渐降低,磁稳定性逐渐增加。