真空100 keV质子辐照对石墨膜热性能的影响

研究了25 μm石墨膜在能量100 keV最大注量2.5×10¹⁵ p/cm²的真空质子辐照条件下的微观结构和热性能，采用拉曼光谱（Raman spectrum）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）进行微观结构分析，采用激光闪射法（LFA）进行热性能分析。石墨膜晶面间距为0.335 83 nm，石墨化度为95.0%。结果发现，质子辐照会导致石墨膜表层产生缺陷，片层间距增大，石墨化度降低，氧含量升高；随着质子辐照注量的增加，Raman光谱中D和G峰的积分面积比表明缺陷密度不断增加。25 μm石墨膜经过能量为100 keV注量为2.5×10¹⁵ p/cm²质子辐照后，石墨膜热扩散系数无明显变化。     

粘结剂对石墨材料的物理性能及微观结构影响的研究

用煅烧石油焦和煤焦油为基本原料，采用热压工艺制备了几种石墨材料。考察了粘结剂对石墨材料传导性能的影响。实验结果和微观结构分析表明，在相同工艺条件下，采用喹啉不溶物（QI）含量适中（5．2％，质量分数）的沥青作粘结剂，有利于石墨微晶的发育和排列，使石墨材料的传导性能得到提高，而采用QI含量过多或过少的沥青作粘结剂，都不利于石墨材料的传导性能。     

掺杂硅再结晶石墨微观结构及其性能的研究

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂、硅粉作添加剂 ,采用热压工艺制备了一系列不同质量配比的掺杂硅再结晶石墨。考察了不同质量配比的添加硅对再结晶石墨的热导率、电阻率和抗弯强度的影响以及微观结构的变化。结果表明 :与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较 ,掺杂硅再结晶石墨的导热导电性能均有较明显的提高 ,而力学性能却有所降低。与纯石墨材料相比较 ,当硅掺杂量为 4wt%时 ,再结晶石墨电阻率可降低 2 5 % ;而当硅掺杂量超过 4wt%时 ,对再结晶石墨的电阻率影响不大。室温下 ,RG-Si-6再结晶石墨的层面方向热导率可达 3 2 5 W/ (m·K)。微观结构分析表明 ,随着硅掺杂量的增加 ,石墨微晶的石墨化度以及微晶尺寸均增大 ,晶面层间距 d0 0 2 降低。原料中掺杂硅量为 6wt%时 ,再结晶石墨的石墨化度为 94.3 % ,微晶参数 La/为 1 94nm。 XRD分析表明 ,硅元素在再结晶石墨中以 α-Si C的形式存在。硅对再结晶石墨制备过程的催化作用可以用碳化物分解机理来解释     

掺杂锆再结晶石墨微观结构及其性能的影响

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂、锆粉作添加剂,采用热压工艺制备了一系列不同质量配比的掺杂锆再结晶石墨。考察了不同质量配比的添加锆对再结晶石墨的热导率、电阻率和抗折强度的影响以及微观结构的变化。实验结果表明,与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较,掺杂锆再结晶石墨的导热、导电以及力学性能均有较大的提高。当锆掺杂量为6wt%时,再结晶石墨电阻率有明显的降低;而当锆掺杂量超过6wt%时,对再结晶石墨的电阻率影响不大。室温下,RG-Zr-12再结晶石墨的层面方向热导率可达410W/(m·K)。微观结构分析表明,随着锆掺杂量的增加,石墨微晶的石墨化度以及微晶尺寸增大,晶面层间距降低。原料中掺杂锆量为12wt%时,再结晶石墨的石墨化度为97.7%,微晶参数La为475nm。XRD及SEM分析表明,锆元素在再结晶石墨中以碳化锆的形式存在。锆对再结晶石墨制备过程的催化作用可以用液相转化机理来解释。     

碳纤维热导率与其微观结构参数的关系

碳纤维具有多晶多相特性,为了研究微晶结构特性对热导率的影响,本文通过XRD对碳纤维的微观特征结构参数的表征,对导热性能与微观特征结构的关联性进行了研究。研究结果表明,碳纤维热导率随着石墨微晶的基面宽度（L_a）、堆砌厚度（L_c）和平均堆垛层数（N）的增大而增大,随着孔隙率（V_p）的增大而降低。基于Raman图谱的分峰拟合信息,对碳纤维的石墨化度进行分析。结果显示,碳纤维的石墨化度越大,热导率越高。     

超微细加工仿真系统再现原子级切削加工

超微细加工仿真系统再现原子级切削加工日本松下技研（株）与西东京科大的堂山昌男教授合作共同开发出超微细加工仿真系统．该系统根据原子三维模型的分子动力学原理，实现了正规的微细切削加工的仿真，为开发超精密机床提供了强有力的支持．为了能高效率、损伤少地切削加...     

使用STM实现原子级超微定位的新方法

介绍了使用扫描隧道显微镜（ＳＴＭ），以规则的晶格作定位坐标刻度基准，采用针尖锁定到原子的技术，可以实现原子级超微定位这一新方法的原理、控制过程和简单的试验结果。     

钇对Ti-Ti5Si3共晶合金微观组织和力学性能的影响

研究了稀土元素钇（Y）对Ti-Ti5Si3共晶合金的微合金化作用。微观组织分析表明,添加微量Y,可以改变原始钛硅合金的共晶团形态和组织形貌。适量Y的加入（原子比0．025％）,不仅使共晶团中粗大的Ti5Si3相颗粒明显细化和钝化,而且合金的微观组织也更加均匀。合金的室温压缩塑性和强度也得到了有效提高。稀土元素Y对钛硅合金的作用,很可能是因为Y原子替代了Ti5Si3相中的部分Si原子,形成硅化物Ti5（Si,Y）3所致。     

基于XRD的径向分布函数法研究碳纤维制备过程中的结构演变

采用X射线和径向分布函数研究分析了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维制备过程中的结构演变。结果表明,PAN原丝中存在着与石墨类似的结构,该结构是石墨微晶结构形成的重要基础;PAN大分子链最近邻链间间距为0.688nm;碳化温度在500～1250℃范围内的碳化纤维中的第三近邻距离均大于石墨晶体的第三近邻距离,表明碳纤维中没有形成平面构型的六元环石墨烯层片;在整个碳纤维的制备过程中,纤维结构经历了长程有序-长程无序、短程有序-长程有序的演变。     

最终热处理对炭／炭复合材料摩擦磨损性能的影响

对同一种炭/炭复合材料,经过不同温度最终热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明:随着最终热处理温度的提高,易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强,而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化;炭/炭复合材料的晶粒逐渐长大,层面间距缩小,石墨化度有较大提高;平行纤维方向的导热系数和垂直纤维方向的导热系数均有上升。另外,试验表明:随着热处理温度的提高,炭/炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜,摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态,磨损量下降明显。在1800℃热处理的材料的失重主要是由于氧化造成的,说明1800℃的热处理温度过低,对炭/炭复合材料的各项性能无影响。     

核壳结构纳米铝粉热学行为

为了研究不同表面包覆物对纳米铝粉热学行为的影响,采用激光-感应复合加热法制备了三种不同表面包覆的核/壳结构纳米铝粉(氧化铝钝化、碳包覆及增塑剂DOS包覆)。采用高分辨透射电镜(HRTEM)对制备的纳米粉末结构进行表征,并采用差示扫描量热及热重分析(DSC-TG)对不同物质包覆纳米铝粉的热学性能进行研究。结果表明,这些纳米粒子均呈现出明显的核壳结构,且包覆层厚度约3.5nm。这三种不同表面包覆纳米铝粉在400℃至铝熔点(660℃)之间均发生了氧化,但非氧化物包覆纳米铝粉(碳包覆与增塑剂DOS包覆)的氧化开始温度及峰温比氧化铝钝化纳米铝粉提前了约30℃左右,而且氧化放热热焓和氧化质量增重均高于氧化铝钝化纳米铝粉,表明这两种非氧化物表面包覆对纳米铝粉的热学行为有积极的影响。最后对不同物质包覆纳米铝粉的破壳氧化机制进行了探讨。     

激光重熔对喷射电沉积纳米结构镍涂层性能影响研究

采用喷射电沉积方法在45钢基体表面制备了纳米结构镍涂层,研究了激光重熔工艺对涂层性能的影响。用扫描电镜和X射线衍射仪对涂层表面形貌和晶粒尺寸进行分析,并对涂层做表面显微硬度测试和耐腐蚀性试验。结果表明:在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面比较平整、结合较致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但涂层中仍存在一些孔隙及其它缺陷;经过激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,涂层致密化程度有所提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此涂层的表面显微硬度和耐腐蚀性能得到明显的提高。     

沥青基炭纤维表面改性对炭／炭复合材料力学性能的影响

为了提高沥青基炭纤维表面活性,采用臭氧氧化法对沥青基炭纤维表面进行改性。采用AFM,XPS研究了臭氧改性后沥青基炭纤维表面结构的变化。利用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化,并用SEM分析了炭/炭复合材料断口形貌。结果表明,臭氧氧化使沥青基炭纤维表面含氧官能团和表面粗糙度增加,提高了沥青基炭纤维的表面能。炭/炭复合材料力学性能得到明显提高。     

带有加强肋的涡轮机匣排孔冲击连腔结构内部换热特性研究

为获得涡轮机匣内部表面换热系数分布数据,以带有加强肋的排孔冲击连腔结构为对象进行了瞬态液晶实验。研究了不同射流雷诺数（Re=5.1×10³~1.1×10⁴）、冲击间距比（2.5,5.0,7.5）及轴向间距比（4.0,9.0,14.0）对靶面努塞尔数的影响规律。实验结果表明：增大射流雷诺数对靶面平均努塞尔数的提升最显著。随着冲击间距比的增大,靶面平均努塞尔数逐渐减小,但这种换热削弱效果局限在距冲击驻点2D~3D（D为冲击孔直径）范围内,其它区域的变化很小。在靠近前后端壁的局部区域,表面努塞尔数随冲击间距比的增大而增大。轴向间距比的改变不会影响无出流孔靶面的换热情况,对于有出流孔靶面而言,轴向间距比为9.0的结构换热效果最好。Re=5.1×10³条件下,轴向间距比为9.0结构在有出流孔靶面上的平均努塞尔数相比4.0和14.0结构分别增大了5.7%和8.1%,并且随雷诺数增大,增幅越大。     

磁力研磨法去除燃油喷嘴积碳的试验研究

针对燃油喷嘴大修再制造中积碳难去除的问题。利用扫描电子显微镜（SEM）分析喷嘴表面积碳的微观形貌和成分组成，为磁力研磨技术去除积碳方法的确定和工艺研究奠定基础。从旋转磁场的产生原理、磁针在磁场中受力和磁针在磁场中运动三方面综合分析了磁力研磨法的材料去除机理。采用电磁研磨装置对喷嘴进行积碳去除试验，运用响应面分析法分析旋转磁场转速、磁针的型号尺寸和研磨时间的交互作用对材料去除量和表面粗糙度的影响规律，确定试验的最佳工艺参数。最优的工艺参数为：磁针型号尺寸Ø0.8 mm×5 mm，旋转磁场转速1 000 r/min，研磨时间40 min。通过微观形貌的观测以及表面应力检测分析，综合评价研磨后的喷嘴表面质量。结果表明，研磨后的喷嘴表面积碳基本去除，表面光滑，残余应力明显下降，金相组织完好。经过专业测试，研磨后的残余积碳小于技术要求规定值。采用磁力研磨技术，可以有效去除燃油喷嘴表面积碳，去除效率高，技术环保，满足绿色再制造的要求。     

Modeling of Ground Deformation and Shallow Surface Waves Generated by Martian Dust Devils and Perspectives for Near-Surface Structure Inversion

We investigated the possible seismic signatures of dust devils on Mars, both at long and short period, based on the analysis of Earth data and on forward modeling for Mars. Seismic and meteorological data collected in the Mojave Desert, California, recorded the signals generated by dust devils. In the 10–100 s band, the quasi-static surface deformation triggered by pressure fluctuations resulted in detectable ground-tilt effects: these are in good agreement with our modeling based on Sorrells’ theory. In addition, high-frequency records also exhibit a significant excitation in correspondence to dust devil episodes. Besides wind noise, this signal includes shallow surface waves due to the atmosphere-surface coupling and is used for a preliminary inversion of the near-surface S-wave profile down to 50 m depth. In the case of Mars, we modeled the long-period signals generated by the pressure field resulting from turbulence-resolving Large-Eddy Simulations. For typical dust-devil-like vortices with pressure drops of a couple Pascals, the corresponding horizontal acceleration is of a few nm/s² for rocky subsurface models and reaches 10–20 nm/s² for weak regolith models. In both cases, this signal can be detected by the Very-Broad Band seismometers of the InSight/SEIS experiment up to a distance of a few hundred meters from the vortex, the amplitude of the signal decreasing as the inverse of the distance. Atmospheric vortices are thus expected to be detected at the InSight landing site; the analysis of their seismic and atmospheric signals could lead to additional constraints on the near-surface structure, more precisely on the ground compliance and possibly on the seismic velocities.     

三维整体编织碳/酚醛复合材料烧蚀表面状态测试与分析

为了更好地研究三维整体纺织碳／酚醛复合材料的成型工艺对材料烧蚀性能的影响，选用不同纤维体积分数和不同编织结构的碳／酚碳复合材料试样，进行烧蚀试验，利用TalyScan150型表面粗糙度测试仪对试样烧蚀后的表面进行测试，并采用多种分析方法对测试结果进行分析。从分析结果可以看出三维四向结构的碳／酚醛复合材料随着纤维体积分数的增加，烧蚀性能变好，较低纤维体积分数（50％）的三维五向结构碳／酚醛复合材料具有较好的烧蚀性能。     

碳纤维表面处理及其对碳纤维／聚芳基乙炔复合材料力学性能的影响

聚芳基乙炔(PAA)是一种新型的热防护材料,但PAA为非极性树脂,作为基体材料使用时存在着化学结构惰性,不易润湿增强体———碳纤维(CF)的缺点。为此,本工作对CF采用表面氧化处理后接枝丙烯酸的改性方案,研究与非极性基体相匹配的界面特性。结果表明,阳极氧化处理增加了纤维表面的极性官能团,提高了与丙烯酸的接枝反应能力,从而在碳纤维表面引入了与PAA相似的双键结构,有利于改善CF/PAA复合材料的界面结合,使碳纤维 /PAA复合材料的力学性能大幅度提高。     

Solid rocket motor propellant grain burnback simulation based on fast minimum distance function calculation and improved marching tetrahedron method

To efficiently compute arbitrary propellant grain evolution of the burning surface with uniform and non-uniform burning rate for solid rocket motor, a unified framework of burning surface regression simulation has been developed based on minimum distance function. In order to speed up the computation of the mini-mum distance between grid nodes of grain and the triangular mesh of burning surface, a fast distance querying method based on the equal size cube voxel structure was employed. An improved marching tetrahedron method based on piecewise linear approximation was carried out on second-order tetrahedral elements, achieved high-efficiency and adequate accuracy of burning surface extraction simultaneously. The cases of star grain, finocyl grain, and non-uniform tube grain were studied to verify the proposed method. The observed result indicates that the grain burnback computation method could realize the accurate simulation on unstructured tetrahedral mesh with a desirable performance on computational time.