SiC/SiC复合材料氧化退化研究进展

针对高速推进系统温度测量传感器的设计方法、测量误差等核心问题,综述了现阶段高速推进系统接触式和非接触式温度测量的方法。其中,重点综述了辐射与红外测量、可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)及温度敏感涂料(TSP)等非接触温度测量技术在高速推进系统应用的研究进展和发展趋势,并分析了上述温度测量技术存在的问题。     

SiC/SiC复合材料氧化退化研究进展

从SiC/SiC复合材料氧化行为、氧化环境下的失效机理与力学性能三个方面,对SiC/SiC复合材料氧化退化的研究进展进行了综述。文中总结了影响材料氧化行为的重要因素,包括温度、氧分压、水蒸汽以及界面层厚度等。详细分析了材料在不同温度范围内的失效机制,即氧化脆化是SiC/SiC复合材料在中温范围内的重要失效机制,材料在高温下的失效主要是由纤维强度退化、蠕变及界面氧化引起的。总结出:界面氧化消耗、纤维性能退化是引起材料力学性能退化的关键因素,指出了目前研究中存在的问题和发展方向。     

剧烈塑性变形对钛合金热氧化的影响

钛合金热氧化通过在表面形成氧化层和氧扩散层改善其综合性能。热氧化前对钛合金进行剧烈塑性变形可以引入高密度晶界、位错、孪晶界等晶体缺陷及高畸变能,能够促进氧原子吸附、降低氧化物形核温度、加速氧化膜生长并促进氧原子向基体内的扩散,形成更厚、更致密的氧化层和更深的氧扩散区,获得更好的性能。本文对剧烈塑性变形钛合金的热氧化进行综述。首先,介绍了几种常见的剧烈塑性变形方法,总结了钛合金剧烈塑性变形和热氧化复合处理的工艺情况和处理效果。然后,根据氧化物形成的一般过程阐述了剧烈塑性变形引起的微观结构变化对氧原子吸附、氧化物形核、氧化膜形成、氧化膜增厚和氧扩散区形成的影响机理。最后,总结了剧烈塑性变形对氧化膜厚度、氧扩散区范围和氧化物形貌等热氧化微观结构及硬度、摩擦磨损等力学性能的影响,指出了当前研究中存在的问题,并展望了未来的研究方向。     

2D-C_f/SiC复合材料蠕变断裂及损伤机理研究

研究了2D-C_f/Si C复合材料在空气中,温度分别为700℃和900℃,蠕变应力分别为50MPa、75MPa和100MPa条件下的蠕变断裂及损伤机理。运用拉森-米勒参数法拟合材料的蠕变断裂时间,使用扫描电子显微镜分析其微观组织和断口形貌以进一步揭示其蠕变断裂机理。结果表明:2D-C_f/Si C复合材料的蠕变断裂寿命与温度和应力密切相关,较高温度或应力会降低材料的蠕变断裂寿命;在蠕变过程中,材料除发生应力损伤外,还会发生氧化损伤;2D-C_f/Si C复合材料的氧化损伤比应力损伤对蠕变断裂时间有更显著的影响。     

钛合金稀土阳极化成膜过程的电化学研究

 对钛合金稀土阳极氧化的电化学过程进行了研究;重点研究了钛合金稀土阳极氧化的成膜过程;分析了不同硫酸浓度,不同成膜电压条件下,电化学参数的变化,讨论了稀土阳极氧化膜的形成机理;通过对阳极氧化膜的 SEM微观形貌图及其他电化学参数的分析,推断氧化膜为分层结构;在一定温度和电压下,对电极电位的变化进行了研究,探讨了稀土阳极氧化膜的形成过程和导电机制;提出了稀土阳极氧化膜是由具有一定半导体特性和电容性的致密层与多孔层构成的,整个成膜过程中导电是由空穴、铈盐离子和溶液离子共同完成的。     

Ce在钛合金阳极化中作用的研究

 研究了 Ce元素在钛合金阳极氧化中的作用。通过对普通工艺和稀土工艺之间氧化膜微观形貌的对比,讨论了 Ce元素对氧化膜完整性的影响。利用能谱分析,说明了 Ce元素加入可以使钛合金表面氧化较为充分,并且 Ce元素参与了氧化膜的组成。采用局部成分分析法确定了膜层的横向分布范围。对氧化膜截面的SEM图进行分析,讨论了 Ce元素对钛合金阳极氧化膜厚度的影响。利用动电位扫描,对普通氧化膜和稀土氧化膜的耐点蚀性进行了比较,表明 Ce盐的加入可以提高钛合金氧化膜抗点蚀的能力。     

C/SiC复合材料烧蚀机理和通用计算模型研究

研究了C/SiC复合材料氧化烧蚀机理,发现它们与传统的硅基和碳基材料烧蚀有很大差别。C/SiC的烧蚀取决于氧的分压、表面温度和材料晶态结构及成份,可能出现活性氧化和惰性氧化两种破坏机制。研究了氧化膜的形成和破坏条件,以及氧化膜中氧气的扩散机制,建立了适用于C、Si、SiC和C/SiC(C和SiC可有不同混和比)四种材料烧蚀计算的通用物理数学模型。     

界面相对3D-C/SiC复合材料热膨胀性能的影响

利用减压化学气相浸渗（LPCVI）技术制备了3D C/SiC复合材料,从热解碳（PyC）界面相厚度对界面结合强度和热应力的影响出发,研究了界面相对复合材料热膨胀性能的影响。结果表明:①界面相厚度对3D C/SiC复合材料热膨胀性能的影响主要归因于其对界面结合强度和脱黏面上的滑移阻力的影响。在一定厚度范围（约70～220nm）内,材料的热膨胀系数随热解碳厚度的增加而逐渐降低;②热处理可提高材料的热稳定性,并通过改变材料内部结构,使热应力重新分布,对复合材料的高温热膨胀产生显著影响,但是,并没有改变基体裂纹的愈合温度（900℃）。     

无压渗透法制备SiCp/Al复合材料中影响润湿与渗透的因素及分析

分析了无压渗透法制备SiCp／Al复合材料中影响SiCp／Al系统润湿与渗透的因素。指出Mg、Si元素的存在有利于渗透；SiO2膜的存在可改善润湿性；当过程时间、过程温度不小于临界时间tm、临界温度Tm时，渗透会自发进行。     

不同制备工艺对MoSi2涂层抗氧化性能的影响

为解决MoSi2和SiC线膨胀系数差异,在带有SiC外涂层的C/C复合材料表面采用等离子喷涂、电弧沉积和固渗等工艺制备MoSi2涂层。涂层表面形貌分析发现,等离子喷涂MoSi2涂层多孔不致密,电弧沉积MoSi2涂层易开裂剥落;而固渗MoSi2涂层致密均匀,且界面结合力好。氧化试验也表明,固渗MoSi2涂层性能较好。     

C/C—SiC复合材料的制备与性能

采用化学气相渗透（CVI）法和液相浸渍有机物先驱体混合工艺制备了C／C－SiC复合材料，并对复合材料力学性能、抗烧蚀性能和抗氧化性能进行表征。结果表明：制备的C／C－SiC复合材料在基本保证C／C复合材料力学性能的基础上，抗氧化和抗烧蚀性能得以大幅度提高，提出了制备兼具C／C复合材料与陶瓷材料的技术途径。     

工艺参数对2A12铝合金微弧氧化陶瓷层生长的影响

研究了正／负向电流密度、频率和正／负向占空比对铝合金微弧氧化陶瓷层生长的影响,采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）,分析了不同氧化时间陶瓷层表面和截面形貌、成分和相组成,讨论了陶瓷层的生长过程。研究表明,正／负向电流密度相同时,随电流密度的增加膜层厚度增大;而当正向电流密度相同时,负向电流密度增加有利于膜层的生长;成膜速率随脉冲频率和负向占空比增加,均呈现先增大后减小的趋势;陶瓷层总厚度随氧化时间接近于线性增长,致密层占总膜层的比例先快速增加,其后略微下降。SEM结果显示,随氧化时间延长,样品表面膜厚度趋于均匀,界面处氧化膜变得比较平坦。陶瓷层主要由α—Al2O3和γ-Al2O3相组成,随氧化时间的延长,γ-Al2O3相在陶瓷层中的相对含量逐渐减少。而α-Al2O3相的含量逐渐提高。     

Solid nanomembrane manufacture using ion-plasma action

A process of manufacture of porous membranes made of aluminum foil (Al 99.99%) by the method of electrochemical anodic oxidation followed by a continuous barrier layer removal with ion-plasma irradiation is described. The membranes having a 8 mm diameter made from AL2O3 with a thickness from 2 to 5 microns thick with a regular channel arrangement are obtained. A possibility to change the channel diameter in the range of 20?C100 nm by adjusting voltage and temperature during the oxidation is shown. We present the experimental dependencies of aluminum and aluminum oxide sputtering coefficients on the energy and incidence angle of xenon ions within the energy range of 100??400 eV.     

防止 C/C 复合材料氧化的 MoSi2/SiC 双相涂层系统的研究

 由固相扩散-浸渗处理制备了防止碳/碳复合材料氧化的MoSi2/SiC双相涂层。通过对涂层的结构、成份以及氧化机理的研究表明，MoSi2/SiC双相涂层由内层为β-SiC和外层为MoSi2/SiC双相层构成，具有优异的高温抗氧化性能。     

前处理工艺对航空铝锂合金硫酸阳极氧化膜层性能影响

针对一种新研制的航空用Al-Li-Cu-Zn-Mg系铝锂合金,采用了光学显微镜、电子显微镜和能谱分析技术,分析碱腐蚀和三酸脱氧两种不同前处理工艺对铝锂合金硫酸阳极氧化膜层的外观、耐蚀性和疲劳性能的影响规律。结果表明:相比三酸脱氧工艺,碱腐蚀工艺对铝锂合金表面的腐蚀程度较深,晶界处的耐腐蚀能力较差,硫酸阳极氧化膜层表面形成了网状晶界形貌;采用碱腐蚀处理的试样疲劳寿命较三酸脱氧处理试样更低,而不同前处理后经过硫酸阳极氧化的试样疲劳寿命相差不大。不同前处理对铝锂合金的硫酸阳极氧化膜层的耐蚀性的影响不大。     

快速凝固Al－Li－Mg－Cu－Zr合金粉末除气过程中的表面反应

研究了未除气及３５０℃／２ｈ,４５０℃／２ｈ,５００℃／２ｈ除气快速凝固（ＲＳ）Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｃｕ－Ｚｒ合金粉末表面结构及氧化层厚度和组成,探讨了除气过程中粉末表面的化学反应。结果表明,通常不含Ｌｉ的铝合金粉末除气工艺对ＲＳＡｌ－Ｌｉ合金的效果不明显。     

钛合金阳极氧化膜的XPS研究

利用XPS分析了TCA钛合金经阳极氧化处理后,表面氧化膜的成分和结构及其随深度的变化.研究表明,钛合金阳极氧化膜表面为单一的TiO_2,并以晶态和非晶态的形式存在于氧化膜中.随着氧化膜厚度的增加,内部氧化越来越不充分,TiO_2的含量减少,并逐渐出现Ti:O_3、TiO;并且阳极氧化处理明显增厚了表面氧化膜.     

高焓化学非平衡流条件下C/SiC复合材料的催化性能

碳化硅陶瓷基复合材料（C/SiC）成为最有希望满足临近空间高超声速飞行器热防护要求的耐高温关键材料之一,其在高焓化学非平衡流条件下的催化性能是评估新一代高超声速飞行器表面气动热载荷,热防护系统精细化设计的关键参数。基于1 MW高频等离子体风洞,采用已建立起的防热材料催化特性试验测试方法开展了C/SiC材料在驻点压力分别为1.0、1.8、3.3和6.0 kPa,焓值为19.3~35.9 MJ/kg范围内的高焓离解空气环境下,在表面温度为1 453~2 003 K范围内的表面催化反应复合效率随表面温度和表面原子压力的变化关系研究。试验结果表明：C/SiC材料在高温条件下的表面催化复合效率应该同时被定义为表面温度、驻点压力和原子分压的函数。根据试验所得到的催化数据,计算了采用C/SiC作为钝头体材料的美国某典型飞行器（飞行高度H=73 km,飞行速度U=6.478 km/s,钝头体半径R_n=410 mm）的气动热环境参数,获得了考虑完全催化和有限催化条件下飞行器表面温度变化历程,结果进一步验证了飞行器热防护系统所承受的气动热载荷以及表面温度响应在很大程度上受到防热材料表面催化特性的影响。     

2198和5A90铝锂合金脉冲阳极氧化膜制备及耐蚀性

在18%(质量分数,下同)H_2SO_4+5%C_2H_2O_4水溶液中,采用脉冲(PC)电流对2198和5A90两种铝锂合金进行阳极氧化处理。用扫描电子显微镜(SEM)观察铝锂合金阳极氧化膜表面和截面形貌;用能谱仪(EDS)对其成分进行面扫描和线扫描;用动电位极曲线检测氧化膜在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性。结果表明:2198和5A90铝锂合金阳极氧化膜主要由Al的氧化物组成;2198合金氧化膜表面存在细小颗粒,厚度约为150μm;5A90合金氧化膜表面存在微孔,为后续封孔处理提供结构条件,厚度约为180μm;用脉冲方法在两种铝锂合金表面生成的较厚阳极氧化膜具有较高的耐蚀性。     

微束等离子焊接钛合金薄板保护规律的研究

 通过试验认为微束等离子焊接钛合金薄板的保护问题,关键在于控制施焊时焊缝处于700℃以上的加热范围,和700℃到400℃的冷却时间。并论证了以氧的污染层厚度作为钛合金焊接污染程度判据的合理性。本文采用电子探针法对氧污染层厚度进行了测定,求出污染方程。从而。使微束等离子焊接钛合金薄板的污染问题,可通过调整焊接规范进行控制。