专注航空 贴心服务——访氰特工程材料公司亚太地区总监Frazer Barnes

氰特工程材料公司(CytecEngineered Materials)作为全球先进技术材料的供应商,主要致力于复合材料预浸料和胶黏剂材料,高温耐烧蚀材料和碳-碳材料、高温硅基密封材料、各种特殊热塑性材料、聚丙烯晴基和沥青基碳纤维.     

空天飞机备选材料简介

空天飞机机体和发动机所用的轻型材料与目前航天飞机所用的材料相比,耐高低温的性能要求更高。在多数情况下,空天飞机的大多数结构将采用液氢主动冷却(液氢是发动机燃料),因而必须解决材料的氢脆和热氧化问题。为此美国成功地研制了一些新型材料。本文将以美国NASP空天飞机为例,介绍一些它有可能采用的材料,这包括钛基材料(钛铝系金属间化合物、钛基复合材料和XD复合材料)、碳/碳复合材料、陶瓷基复合材料、高导材料和涂料等。     

有机－无机杂化介孔二氧化硅的合成与表征

以正硅酸乙酯和含有亚脲基的桥联硅烷为前驱体,以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,在碱性条件下制备了具有"蠕虫状"双介孔孔道结构和高比表面积的杂化介孔二氧化硅材料,并采用XRD、FTIR、NMR、TEM、SEM等手段对制备的材料进行表征.研究发现,亚脲基均匀地嵌入到介孔孔壁中,随孔壁中亚脲基基团含量的增加,介孔二氧化硅的有序性下降,比表面积减小.     

富锂锰基正极材料研究进展

随着社会发展,电动汽车、消费类(3C)电子产品、储能装置等对锂离子电池的能量密度提出了更高要求。富锂锰基正极材料具有高比容量(≈250 mAh/g)、高工作电压(≈3.6 V)及低成本等优势,有望成为下一代商用高比能电池正极材料。首次库仑效率低、倍率性能差、电压/容量衰减快等问题限制了富锂锰基正极材料的工程化应用。本文综述了富锂锰基正极材料的最新研究进展,重点从材料结构、电化学反应机理、失效机制和改性方法等几方面进行了阐述。研究表明,采用离子掺杂、表面包覆、晶体结构调控等技术,可显著改善富锂锰基正极材料的电化学性能。最后,对富锂锰基正极材料的发展方向进行了展望。     

碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能

为提高树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性,改善其抗热衰退性能。以碳纤维作为增强纤维,采用热压成型工艺制备碳纤维增强树脂基摩擦材料;用XD-MSM型定速摩擦试验机测定摩擦磨损性能,研究了不同含量碳纤维增强对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响;利用VK-X200三维激光扫描显微镜观察了摩擦材料磨损后表面的微观形貌并探讨其磨损机理。结果表明,碳纤维增强树脂基摩擦材料的硬度、压缩强度和剪切强度均得到提高,并随碳纤维含量的增加而逐渐增大;碳纤维增强作用提高了树脂基摩擦材料的耐磨性和摩擦因数的稳定性,改变了树脂基摩擦材料的摩擦磨损形式;碳纤维含量为4wt%的增强树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性较高,抗热衰退性能较好,磨损机制主要为疲劳磨损。     

浅谈陶瓷基复合材料无损检测方法及其进展

陶瓷基复合材料由于其具有耐高温、密度低、抗氧化性好等多种优良特性目前已广泛地应用于航空航天领域。采用无损检测方法对陶瓷基复合材料进行相关检测对保证材料产品质量以及提高产品使用的可靠性等都具有重要意义。综述了陶瓷基复合材料无损检测发展现状,阐述了太赫兹、X射线、工业CT、红外热成像、超声波及声发射技术等常用陶瓷基复合材料检测手段的原理并介绍了其在陶瓷基复合材料无损检测方面的应用实例。     

航空用镍基高温合金切削现状研究

镍基高温合金的力学、抗氧化、抗高温变形的性能很好,但是导热系数低、材料塑性大和加工硬化等问题常常制约着镍基高温合金的广泛使用。所以分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料以及切削参数等现状,对解决镍基高温合金难加工问题有很大的帮助。     

聚合物基电子封装复合材料研究进展

综述了聚合物基电子封装材料的基本性能要求并分析了其影响因素,阐述了聚合物基电子封装材料的复合原理和结构设计思想,展望了聚合物基电子封装材料的发展趋势。     

氟聚物基含能反应材料研究进展

对氟聚物基含能反应材料进行了概述,介绍了反应材料的组分、结构特点以及制备关键技术,并对反应材料各项性能指标进行了综述,对氟聚物基反应材料的应用现状和前景进行了归纳和展望.     

填充复合型聚合物基电磁屏蔽材料研究进展

综述了近年来填充复合型聚合物基电磁屏蔽材料的国内外最新研究进展,按照填料结构形态（纳微粒子颗粒型填料、高长径比结构填料、片层结构填料、三维网状框架结构填料）,对相关复合材料电磁屏蔽性能数据进行统计和对比。围绕构筑高效导电网络的目标,从导电填料选择与处理、基体结构设计与制备方法等角度对聚合物基电磁屏蔽材料进行详细分析与总结,阐明了聚合物基电磁屏蔽材料研究现状及关键问题,阐述了聚合物基电磁屏蔽材料的研究方向和未来发展趋势。     

自修复材料研究进展

着重从修复机理出发分别介绍了金属基、陶瓷基和聚合物基自修复材料的研究进展，分析了达到良好自修复功能对材料结构、组成和性能等方面的要求，综述了自修复材料的研究进展、存在的问题及其发展方向。     

纤维增强钛基复合材料横向拉伸性能数值模拟

为研究SiC/Ti-6AL-4V纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的力学特性,建立了三维细观有限元模型;利用ANSYS软件接触单元和内聚力材料模型,对其制备残余热应力及横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效进行了数值模拟。结果表明:考虑界面材料属性的细观力学有限元单胞模型,可较好地模拟纤维增强钛基复合材料在横向拉伸载荷下的界面脱粘、基体失效;横向拉伸载荷下,复合材料基体细观结构内部应力分布不均导致基体材料利用率下降,是造成复合材料横向强度低于基体材料强度的主要原因。     

树脂基烧蚀材料细观传热特性预测

低密度树脂基烧蚀材料在近年来的深空探测等航天器上得到了广泛的应用,为了更好地提高其隔热能力,需要对其传热机理进行分析,尤其是基于细观尺度的传热分析可以更好地探究其传热机理。依据对树脂基烧蚀材料的细观结构观测和统计分析,建立了不同尺度的单胞理论模型,并将计算结果与实验值进行比较,给出参数化影响规律。同时,建立了有限元随机模型,与实验值进行比较,并给出了基于有限元的参数化影响规律。结果表明,建立的单胞理论模型与实验值的误差,对于两种树脂基烧蚀材料,分别为12%和7.6%左右,从而验证了建立的理论模型的正确性;随机模型所得导热系数值与实验值误差在10%以内,验证了随机模型的正确性。所建模型和参数化分析所得规律对于树脂基烧蚀材料隔热性能的提高和加工工艺的改进具有重要意义。     

聚焦陶瓷基复材结构研发 推进工程应用——访中航工业复合材料技术中心技术发展部副部长焦健

<正>陶瓷基复合材料因其优异的综合性能具有重要的应用潜力,请介绍一下您所在团队在陶瓷基复合材料领域开展了哪些方面的科研工作。焦健:目前,航空发动机已成为限制我国航空发展的瓶颈。国外经验证实,提高材料的耐高温能力是提升发动机性能最根本的解决途径,也是未来发动机材料发展的必然趋势。陶瓷基复合材料通常指以陶瓷为基体与纤维复合的一类材料,这类材料具有密度低、耐高温、耐磨损等特点。常见的陶瓷基复合材料体系包括纤     

先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势

美国、英国等国家特别重视战斗机发动机材料的发展,通过制订和实施一系列先进材料研究计划,开发和验证轻质高强度材料,为发动机研制提供技术保障.综述各国现役、在研和预研战斗机发动机的材料应用情况,总结树脂基复合材料、钛基复合材料、钛铝金属间化合物、单晶高温合金、粉末高温合金、陶瓷基复合材料、陶瓷热障涂层等材料及其工艺应用趋势.先进材料研究的发展趋势:①向低密度高强度发展,以减轻质量;②向高强度与高耐温能力发展,以提高涡轮进口温度;③向一体化(材料、工艺与结构设计)发展,以实现材料特性与结构的最优组合.     

HfC涂层性能研究和制备工艺

碳基复合材料（C/C、C/SiC）具有高比强度、高比模量、低密度、低热膨胀系数、耐腐蚀、耐热震的优良高温力学性能,被认为是最有前景的高温结构材料之一。但碳基复合材料一般在500℃开始发生氧化,而且存在较大孔隙率,无法实现高压密封,这极大地限制了碳基复合材料应用前景。在高温高压气流冲刷环境下,超高温陶瓷基保护涂层可以有效地抑制碳基复合材料（C/C、C/SiC）中碳成分的降解,工件在极端环境下可以更加稳定地工作,延长使用寿命。其中碳化铪（HfC）的熔点高达3890℃,为已知单一化合物中熔点最高者,热导率仅为5.6 W/（m·K）,维氏硬度高达26 GPa,耐烧蚀性好,同时还具有低导热系数、低氧扩散系数、低表面蒸汽压。作为火箭喷嘴和鼻锥等极端耐热部件的抗氧化烧蚀涂层已获得应用。综述了超高温陶瓷HfC涂层材料的研究背景、基本性质、制备工艺、抗氧化/烧蚀机理和热膨胀系数（CTE）失配问题,并指出了超高温陶瓷HfC涂层材料目前存在的挑战,同时对未来的发展趋势做出了展望。     

耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。     

航天飞行器热防护涂层研究进展

近年来,新研航天飞行器气动热环境往往具有高焓、高热流密度和长时间加热等特点,这促使防热材料的研制朝着低密度、高抗烧蚀、优良隔热等性能的方向发展。受自身材料类型的限制,无论烧蚀型(树脂基)或非烧蚀型(陶瓷基)防热材料都可以通过对烧蚀表面进行涂层处理的手段达到弥补材料性能短板,提高使用性能的目的。本文试图梳理、总结国内外近年来热防护系统用涂层材料的发展状况,探讨各自的优势和缺点,并提出了针对树脂基复合材料热防护涂层可能趋势的推测。     

Ni3Al基单晶高温合金蠕变本构模型

结合Ni3Al基单晶高温合金蠕变行为的细观机理,在晶体滑移理论的基础上,建立了描述Ni3Al基单晶高温合金蠕变行为的本构模型,并通过ANSYS提供的UPFs二次开发平台对所建立的本构模型进行了有限元实现。利用蠕变试验数据,结合遗传算法获取了两种Ni3Al基材料的蠕变本构模型参数。利用所建立的蠕变本构模型对两种Ni3Al基材料的高温拉伸试件进行了有限元模拟,与试验结果吻合良好。这表明在晶体滑移理论基础上建立的本构模型是合理的,并且能够较好地描述Ni3Al基单晶高温合金三个阶段的蠕变行为,具有一定的应用价值。      

用于复杂形状复合材料制造的水溶性芯模材料

提出了一种能够用于树脂基复合材料成型用的水溶性型芯模材料,该材料既能满足树脂基复合材料成型时的温度要求,又能在复合材料成型完成后进行水溶脱除.主要研究了水溶性型芯模材料的组成、制备工艺与耐温性、易脱除等相关性能,并对水溶性芯模材料的水溶性作了评价和表征.