基于激光技术的球形燃料颗粒SiC包覆材料热冲击试验研究

为了研究SiC包覆材料球形燃料颗粒在核热推进系统中应用的可行性,对球形燃料颗粒SiC包覆材料进行了高温热冲击试验研究。利用激光加热方法实现包覆颗粒的快速升温,利用红外测温仪测量了包覆颗粒温度,通过观察热冲击试验前后SiC包覆材料的完整性判断其耐热冲击性能,试验峰值温度范围为1800~2800 K。研究结果表明,SiC包覆材料球形燃料颗粒能够承受30 s内升至1800 K的热冲击,不能满足核热推进系统在30 s内升温至3000 K的需求,需要进一步改进SiC包覆材料耐热冲击性能,或者选用耐热冲击性能更好的碳化锆等材料。     

不同温度下丁羟包覆层的横向弛豫时间与拉伸性能的相关性

为了研究不同温度下丁羟包覆层的横向弛豫时间与拉伸性能的相关性,开展了核磁共振和拉伸应力-应变性能测定试验。单因素方差分析表明温度对横向弛豫时间有显著影响;试验温度从30℃升到90℃,横向弛豫时间呈线性增大;90℃升到130℃,横向弛豫时间先减小后增大。30～90℃,升温使包覆层的拉伸强度下降,断裂伸长率升高;在100℃较90℃强度得到了提高,断裂伸长率稍有降低;在100～130℃时,受复杂化学反应和分子热运动共同影响,断裂伸长率迅速增加,强度降低。断裂伸长率、拉伸强度均与横向弛豫时间存在较好的相关性,利用该关系可以预测丁羟包覆层在不同横向弛豫时间下的拉伸性能。     

固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金组织性能的影响

对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金10/mm棒材在不同固溶时效制度下的拉伸断口形貌与显微组织进行分析,研究了断口形貌及显微组织对力学性能的影响。结果表明:当材料在相变点以下固溶时效时,随着固溶温度的升高,初生α相减少,β晶粒长大,断口纤维区变小,韧窝变大变浅,断裂方式由韧性断裂逐渐变成准解理断裂,强度升高,塑性降低;当材料在相变点以上固溶时效时,β晶粒重新形核长大,初生α相已经消失,断口由棱角清晰的小晶面颗粒组成,断裂方式为典型的沿晶脆性断裂,强度在1500/MPa以上,断后伸长率为2%。     

DD6单晶高温合金扭转小角度晶界的拉伸性能

在760℃,850℃和980℃温度条件下,研究了DD6单晶高温合金扭转小角度晶界的横向拉伸性能和断裂特征.结果表明,相同晶界角度的试样,随着温度的升高,DD6单晶高温合金拉伸强度降低.在760℃,850℃和980℃三个温度下,晶界角度分别为10.8°,6.4°,3.8°时,试样出现沿晶断裂,小角度晶界试样的拉伸强度降低.小角度晶界试样沿晶断裂明显降低试样的拉伸塑性.     

钨渗铜材料高温力学性能与组织研究

从不同原料钨粉粒度和不同钨骨架密度的角度，研究其对于材料高温强度性能的影响，同时结合SEM断口形貌观察，研究材料在高温下的断裂机制。结果表明：(1)随着钨骨架密度的提高，材料的高温强度都相应提高，在一定的骨架密度范围内，高的骨架密度有利于材料高温强度的提高；(2)对于两种粉末原料的钨渗铜试样，在相近骨架相对密度的情况下，由于细晶强化的作用，细颗粒试样从800℃-1800℃的高温强度都明显高于相应的中颗粒试样；(3)对于钨渗铜材料，从800℃-1800℃的过程中，断裂形式由穿晶和沿晶断裂两种形式并存逐渐过渡到单一的沿晶断裂。     

EB-PVD制备NiCoCrAlY/NiCr微层板的拉伸性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB—PVD)方法制得NiCoCrAlY／NiCr微层板。研究了NiCoCrAlY／NiCr微层板的室温和高温拉伸性能，并采用SEM观察和分析了样件的拉伸断口。结果表明：由于微层界面的存在，微层板表现出良好的高温延迟断裂特性，材料的断裂强度在600％：时达到最佳；随着温度的升高，断裂方式由沿晶脆性断裂为主逐步过渡到沿晶脆性断裂和部分的韧窝韧性断裂的混合断裂方式。     

TiAl金属间化合物缺口断裂性能

 TiAl合金作为准脆性材料,在其服役过程中由于缺口的存在使得断裂对缺口非常敏感,严重降低了其使用性能,因此需要研究TiAl合金在缺口作用下的断裂性能。采用带缺口的组合拉伸试样研究了温度和拉伸速率对具有近全片层组织Ti-48Al-2Cr-2Nb合金缺口断裂性能的影响。结果表明,室温下TiAl合金对缺口非常敏感,随着温度的升高,TiAl合金对缺口敏感性降低,当温度为800 ℃时,TiAl合金对缺口不敏感。TiAl合金在低温区塑性变形是通过位错滑移和变形孪晶引起的,高温下是由扩散控制的位错攀移作用引起的。研究还表明,200 ℃下拉伸速率较低时TiAl合金对缺口不敏感,当拉伸速率增加到较高时,TiAl合金对缺口很敏感。     

热等静压温度对新型粉末冶金高温合金显微组织的影响

研究了不同热等静压温度下某新型粉末冶金高温合金的显微组织,重点分析了热等静压温度对热等静压态合金锭坯晶粒度、残余枝晶和粉末原始颗粒边界(PPB)以及γ′相的影响。研究结果表明:热等静压温度为1140℃时,获得不完全再结晶组织,存在明显的残余枝晶和PPB,γ′分布不均匀,尺寸、形态各异;热等静压温度为1180℃时,获得较均匀的再结晶组织,残余枝晶和PPB基本消除,γ′分布较均匀,晶内主要为"田"字形,而在晶界呈长条状。     

双溶剂法硼包覆工艺及其工艺参数研究

针对重结晶法硼包覆工艺的不足,采用了双溶剂法对硼颗粒进行包覆.应用pH法对包覆效果进行验证.设计正交实验研究了超声波混合时间、蒸发温度和搅拌速度这三种因素对双溶剂法包覆效果的影响.试验结果表明:双溶剂法的包覆效果要优于重结晶法;超声波混合时间的最优水平为10min,使用超声波混合可以有效地提高双溶剂法包覆效果;蒸发温度的最优水平为350℃,提高蒸发温度有利于促进包覆效果,但温度越高时,提高温度对包覆效果的促进作用将减弱;搅拌速度的最优水平为200r/min,一定的搅拌速度可以维持硼在溶液中的均匀分散,有利于硼颗粒的包覆,但搅拌速度过快又会使已经包覆在硼颗粒表面的LiF在剪切力的作用下重新从硼表面脱落,降低了包覆效果.     

颗粒增强铝基复合材料微观损伤仿真及实验研究

SiCp/A356复合材料的宏观力学行为与其微观损伤机理密切相关.随着温度的升高,材料力学性能明显下降,SiCp/A356复合材料表现出的微观损伤机理不同.本文建立了球形SiC颗粒与铝基体组成的复合材料单元体计算模型,采用该模型对复合材料的微观损伤机理进行了仿真研究,分析得到的复合材料微观损伤机理与实验观测结果相吻合.在常温下复合材料的裂纹萌生以基体撕裂和颗粒断裂为主;高温下其裂纹萌生机制以颗粒脱离和基体撕裂为主.     

3Y-ZrO2／Al2O3细晶复相陶瓷涡轮盘的超塑挤压

以高纯氧化铝(Al2O3)和氧化锆(3Y-ZrO2)粉末为原料,在1450℃下通过真空热压烧结制备3Y-ZrO2/Al2O3细晶复相陶瓷致密块料,随后在1500~1650℃温度范围内进行涡轮盘模拟件的超塑挤压。结果显示,3Y-ZrO2/Al2O3陶瓷在1600℃具有最佳挤压性能,最大单位挤压力小于25MPa,最大压头速率达到0.14mm.min-1,成形件质量良好,无明显缺陷。与变形前相比,尽管材料晶粒明显粗化,但是致密度有很大提高,断口SEM显示主要以穿晶断裂方式为主,所以成形件的弯曲强度、断裂韧度和维氏硬度并没有出现大的变化,甚至盘片部位还有所提高,分别由变形前的573MPa,7.1MPa.m1/2和17.7GPa提高到617MPa,8.1 MPa.m1/2和18.8GPa。     

超声速模型燃烧室中气化煤油喷注研究

利用直接照相和纹影显示研究了不同预热温度的煤油喷注到静态大气和马赫数2．5的横向气流时射流结构。煤油加热系统可将0．8kg煤油加热到670K和5．5MPa压力。比较4MPa压力下290K～550K不同温度的煤油射流结构可以发现，550K煤油射流一旦流出立即完全气化，并且保持贯穿深度基本不变。结果表明：喷注汽化燃料有可能改善液体碳氢燃料超声速燃烧室的性能，因为至少省却了雾化和气化过程。     

温度对2E12铝合金疲劳性能与断裂机制的影响

采用疲劳实验、SEM及TEM等分析测试手段,研究温度对2524-T4合金疲劳寿命及断裂机制的影响.实验结果表明,服役温度对合金疲劳寿命及断裂机制有显著的影响,温度升高导致合金在寿命106次条件下疲劳强度降低,100℃合金的疲劳强度较-55℃下降约30MPa.由于不同温度条件下疲劳过程中位错、二次相及晶界间相互作用机制的不同,-55℃条件下合金断裂表现出较强的晶体学裂纹特征,室温和高温条件下断口主要以穿晶断裂为主,同时伴随局部沿晶断裂特征.     

Mo-Ti梯度功能材料的显微组织特征研究

应用电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对共沉降法制备的Mo—Ti梯度功能材料的化学成分分布、显微组织和断口形貌进行了研究。结果表明，试验材料整体致密，化学元素分布、显微组织和断口形貌具有梯度变化特征。富Mo区颗粒以机械混合的形式存在；以Mo为主要组分的Mo—Ti梯度层，也是以机械混合为主；以Ti为主要组分的Mo—Ti梯度层，主要以多边形β相存在；富钛区钛主要以球形α相存在。富Mo区为沿晶脆性断裂，富Ti区为典型的穿晶解理断裂，Mo—Ti梯度层以穿晶解理断裂为主，还表现出延性断裂特征。     

铝基粉末燃料层流火焰传播速度实验研究

为研究铝基粉末燃料火焰传播特性,本文设计了气固两相本生灯型层流火焰实验装置,开展了铝基粉末燃料层流火焰传播速度的实验研究;获得了气流流速、颗粒相浓度等因素对空气中铝颗粒层流火焰传播的影响规律,并研究不同级配比例下的铝基粉末燃料的火焰传播性能。研究结果表明：在相同颗粒浓度条件下,提高气流速度会显著增加铝基粉末燃料层流火焰传播速度;在相同气流速度条件下,铝基粉末燃料层流火焰传播速度在铝颗粒浓度接近600 g/m³时达到最大值,而当铝颗粒浓度过低时,层流火焰无法稳定传播;此外试验结果还表明,利用中小粒径颗粒填充大颗粒间的孔隙,能显著提高铝基粉末燃料层流火焰传播性能。     

超临界压力下RP-3航空煤油吸热裂解反应的数值研究

为深入理解主动冷却过程中碳氢燃料的超临界吸热裂解特性,采用RP-3航空煤油的四组分替代模型、包含18种组分和24步反应的改进Kumar-Kunzru裂解反应动力学模型,对压力为5MPa时管道内RP-3的吸热裂解反应过程进行了数值模拟,研究了裂解反应对燃料物性和传热特性的影响,以及裂解率较高时二次反应对RP-3裂解的影响。结果表明:温度达到890K时,RP-3的裂解率超过20%,其中芳烃占裂解产物的12.1%;RP-3裂解后燃料物性显著变化,管道出口壁温和燃料温度分别降低了130K和129K,努塞尔数提高了16.5%,传热效率显著提高;裂解率较高时二次反应对RP-3裂解的影响较大,相比不考虑二次反应的状态,带二次反应时RP-3裂解率减小了29.1%,管道出口壁温和燃料温度分别降低了34K和22K。     

HIP-Re 组织及力学性能

采用粉末冶金热等静压技术制备了HIP-Re纯铼材料,分析了不同热处理状态对材料微观结构及室温和高温性能的影响。结果表明,热处理温度对材料拉伸性能影响较大,经1 800℃/1.5 h真空处理HIP-Re抗拉强度达到1 196 MPa,伸长率为19.1%;2 000℃抗拉强度达到69 MPa,伸长率达17%以上。粉末冶金铼的晶粒组织多为2～8μm细小等轴晶,HIP-Re断裂方式为沿晶断裂与穿晶断裂共同作用,高温断裂方式为晶间断裂与滑移断裂,在拉伸形变过程中,Re材料内部产生了大量协变的裂纹及微孔,裂纹扩展连接导致断裂。     

纳米Al2O3添加对ZrO2涂层显微结构与性能的影响

以纳米Al2O3,和ZrO2为原料,利用大气等离子喷涂技术(APS)沉积了ZrO2,ZrO2-15%Al2O3,(体积分数,下同)和ZrO2-30%Al2O3三种涂层.运用FESEM,SEM,TEM,XRD和Raman Spectroscopy等分析技术对涂层相组成、显微结构进行了确定.测定了涂层的结合强度、显微硬度等性能.结果表明:Al2O3添加并不改变ZrO2涂层主晶相组成,但主晶相拉曼峰明显展宽.Al2O3颗粒以非晶形式存在于ZrO2颗粒间,有利于ZrO2涂层的增强增韧性能.ZrO2涂层中可观测到团簇颗粒与层状结构组成的双模结构.ZrO2涂层的沉积效率、结合强度与显微硬度可明显提高,有利于ZrO2涂层使用寿命与抗摩擦性能的改善.     

Glare层板基本成形性能研究与实验验证

为了探索Glare层板的成形性能特点,采用单向拉伸实验和三点弯曲实验,分析研究了Glare 2A,Glare 2B和Glare 3层板的基本成形性能,并借助扫描电子显微镜分析了Glare层板的失效特征。结果表明:纤维铺层方向对材料的成形性能存在显著影响,Glare 2A层板抵抗塑性变形的能力强,且难以发生厚向变形:采用σ=σy+Kεn硬化模型拟合真实应力-应变曲线,其相关系数最大,拟合结果最好:Glare 2A的弯曲回弹量最大,其弯曲破坏时,内表层受压应力,以皱缩和压缩断裂为主,外表层受拉应力,以纤维拉伸断裂和分层为主;对于Glare 2B层板,其弯曲回弹量最小,主要以基体破坏为主:通过滚弯成形验证了实验所得结果的准确性。     

核热火箭反应堆燃料对比分析

针对核热推进反应堆核燃料的制备与考核问题,回顾了美国与苏联/俄罗斯在核热推进方面的研究,通过各种耐高温核燃料的热物性比较,给出了潜在可行的核燃料类型,并对未来最有潜力的钨基金属陶瓷燃料(CERMET燃料)与(U、Zr)C固溶体燃料进行了热物性参数、氢腐蚀考核等性能参数的研究对比分析。可为未来核热推进反应堆设计提供参考。