多尺度模拟计算方法在超高温高熵陶瓷材料中的应用进展

超高温高熵陶瓷材料以难熔金属碳化物、硼化物、氮化物等为组元,具有较高的硬度、高温强度以及良好的热稳定性,已成为超高温陶瓷领域研究的热点方向之一。与传统材料相比,超高温高熵陶瓷涉及复杂成分空间、多个尺度维度、极端多场耦合服役环境,采用传统经验试错法开发超高温高熵陶瓷效率过低,故而需要改变材料研究范式,依靠多尺度模拟计算方法提高超高温高熵陶瓷研发与应用效率。本文首先简要介绍了具有代表性的多尺度材料计算方法,进而综述了多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的典型应用成果,最后对多尺度材料计算方法在超高温高熵陶瓷研究中的前景进行了展望。     

Ce-TZP/Al2O3复相陶瓷组织与力学性能的试验研究

以自制的高纯超细Ce-TZP/Al2O3复合粉为原料,采用无压和热压两种烧结工艺制备CeTZP/Al2O3复相陶瓷,分析了两种烧结工艺对材料的组织与性能的影响,并采用X射线衍射法对样品的烧结表面和断口进行物相分析,探讨样品在外加应力作用下产生的应力诱导t-ZrO2→m-ZrO2相变增韧效应.     

颗粒弥散陶瓷复相材料的设计

应用弹性力学和断裂力学的基本原理,分析了颗粒弥散复相陶瓷材料的微观热应力,阐述了颗粒弥散增韧补强的原理,并推导了弥散相的颗粒尺寸和体积分数的临界值,提出了颗粒弥散陶瓷材料设计的一般性原则。     

航天飞行器热防护系统及防热材料研究现状

随着航天技术发展,飞行器的飞行速度更快,服役环境更加恶劣,有效的热防护系统是保证飞行器安全飞行的关键系统之一。本文综述了被动防热系统、主动防热系统和半被动防热系统3类热防护系统在航天飞行器上的应用现状,重点介绍了金属基复合材料、碳基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料和气凝胶材料,5类防热材料在航天领域的应用发展情况,并提出了航天飞行器未来热防护的发展趋势。     

双马来酰亚胺/聚醚砜复相树脂相结构与热性能

利用SEM、DMA和TGA研究双马来酰亚胺(BMI)/聚醚砜(PES)复相树脂微观相结构对热性能的影响。结果显示:BMI/PES复相树脂体系发生了相分离现象,当PES添加量达到15phr时,复相树脂体系中产生了相反转结构,富BMI颗粒相被富PES相紧密包裹;相比于纯BMI树脂,BMI/PES复相树脂中归属于富BMI相的玻璃化转变温度Tg升高;BMI/PES-5复相树脂中只有一个Tg,其起始模量降低对应的温度升高;随着PES添加量增大,BMI/PES复相树脂高温塑性行为更加明显;由于PES与BMI间良好的界面作用及富PES相的热防护作用,BMI/PES复相树脂的最大热失重温度和残炭率均得到显著增大;树脂体系在氮气氛围中的耐热性要优于空气氛围。     

高超声速飞行器控制面热防护系统地面试验研究

针对高超声速飞行器控制面研发手段中极其重要的地面试验技术,以X-37轨道飞行器为例,介绍了国外的最新研究进展和关键技术解决途径,以及指导地面试验研究的方法,并针对控制面方案在评估和鉴定中必不可少的高温模态试验,进行了综述和分析。     

先驱体转化法制备了SiC／Si3N4复相陶瓷异型件—烧成工艺研究

研究了以先驱体为粘合剂制备ＳｉＣ／Ｓｉ３Ｎ４复相陶瓷异型件的烧成工艺，以及升温制度等对制品质量的影响。     

一锅法合成SiC-ZrC复相陶瓷前驱体及其性能

以甲基三氯硅烷、二氯二甲基硅烷、二氯二茂锆以及金属钠为原料,通过一锅反应合成出一种全新的SiC-ZrC复相陶瓷前驱体(HBZS)。利用TG、FTIR、XRD及SEM等对HBZS的热解行为、分子结构以及热解产物的微观形貌与结构进行了全面分析。结果表明:HBZS在900℃时可以完全裂解转化成SiC-ZrC复相陶瓷,陶瓷收率可达60%以上;裂解产物中ZrC相晶粒尺寸极小(10～45 nm)且均匀分散于连续的SiC相中。该前驱体可用于制备SiC-ZrC陶瓷纤维及陶瓷基复合材料。     

闪烧恒流保持时间对MgO-Y2O3复相陶瓷力学性能的影响

随着红外技术的应用和发展,红外窗口材料需要具备更高的性能。MgO-Y₂O₃复相陶瓷相比单一相Y₂O₃陶瓷具有更好的力学性能和更高的抗热冲击品质因子,同时兼具良好的光学透过性。但传统的烧结技术均需在高温高压下才能完成,这不利于通过获得细小的晶粒来提高性能。而闪烧具有烧结温度低,烧结速度快,保温时间短等特点,所获得的材料晶粒更加细小,性能更好。将闪烧用于制备MgO-Y₂O₃复相陶瓷,其性能有望得到进一步提高。实验结果表明：闪烧4到9s后,功率密度维持在700mW/mm³左右;随着恒流保持时间的增加,相对密度、维氏硬度逐渐增加,平均晶粒尺寸先减小后增大,断裂韧性先增加后减小。当恒流保持时间为62s时,相对密度和维氏硬度均达到最大值,分别为94.13%和7.87GPa;当恒流保持时间为25s时,晶粒尺寸达到最小值0.39μm,断裂韧性达到最大值1.99MPa·m^1/2。     

复合材料构件热压罐成型温度场研究

在热压罐固化工艺的热历程中,复合材料零件表面温度场分布的合理与否将直接决定产品的固化质量.以工字型零件和T型加筋壁板两种复合材料零件为研究对象,使用EC-3×8M和SCH-5.5×21M两种型号热压罐,同时选择炉温偶和零件偶两种控温方式对零件进行固化.通过分析温度场测试结果发现,控温方式、设备加热方式、升降温速率、热电偶的摆放位置、固化压力等因素均对零件的温度场有影响.     

复合材料壳体固化温度场测试及共固化特性

温度场是复合材料壳体多材料体系共固化的一个重要工艺控制参数。采用预先埋植热电偶方法获得1^#、2^#两种固化制度下圆筒内部温度场数据,对F-3/EP-04缠绕层与三元乙丙(EPDM)绝热层在共固化条件下的固化度与性能进行研究。结果表明:壳体内部温度存在明显的滞后性,温度-固化时间曲线呈现近似抛物线形状;缠绕层能在1^#固化制度下固化,而EPDM绝热层不能完全硫化,在提高最高固化温度及延长保温时间的2^#固化制度下,均能实现固化,并且提高共固化温度与延长保温时间对缠绕层力学承载性能无影响;两种固化制度下,EPDM绝热层温度差小,而缠绕层温度差大,提高共固化温度及延长保温时间有助于降低缠绕层温度差。     

军用飞机雷达吸波结构复合材料研究进展

对军用飞机雷达吸波结构复合材料研究所涉及的技术问题和难点进行论述，对其结构组成和国外应用研究情况进行介绍。     

耐高温隔热材料组合结构模拟研究与试验验证

以热防护系统隔热组合结构中不同隔热材料厚度尺寸为计算变量,以飞行器主结构温度极值即最低背面温度为目标参数,以组合结构中第二层材料最高使用温度为约束条件建立隔热组合结构模型,并进行了石英灯考核验证。采用通用软件ANSYS 进行一维瞬态有限元热分析,将模型计算结果和试验结果进行了全面对比,各项数据吻合良好。     

C/ SiC 复合材料高温抗氧化 BSAS 涂层制备及性能

利用大气等离子喷涂在C/Si C复合材料表面制备BSAS涂层,并研究涂层的高温抗氧化性能。结果表明:包裹有BSAS涂层的复合材料在1 400℃下抗氧化性能良好,120 h后,样品失重率仅为复合材料自身失重率的1/7。1 400℃下热循环300 h后涂层剥落失效,同时发现BSAS涂层由六方相生成单斜相。     

Tufting缝合复合材料预制体的成型与研究进展

缝合技术能够在复合材料厚度方向上引入连续纤维,改善复合材料的层间性能。Tufting缝合是一种新型单边缝合技术,通过将缝合机头与先进的高精度的机器人连结,提高了缝合过程的精度与灵活性。介绍了Tufting缝合预制体的成型过程、缝合参数及缝合对复合材料力学性能的影响。     

某型直升机发动机舱温度超高故障的分析

针对某型直升机发动机舱温度超高故障进行分析,通过增大冷端进气口的面积和减小排气管间隙值验证发动机舱温度的变化,并通过试车进行故障复原的对比试验,证明减小排气管间隙值可使发动机舱温度满足技术要求,此方法可为类似故障的排除提供一定参考。     

有机硅聚合物制备的陶瓷材料高温结晶与氧化机理研究进展

综述了高温结构陶瓷材料在高温条件下结晶机理及氧化理论，对各种理论模型进行了评介，其中重点介绍了Si-C-(O)-(N)体系的“无定型－成核－晶粒长大”结晶机理和Si-C-N体系的“分离－分解－结晶”结晶机理，并具体介绍了Si-C-N-O和Si-(B)-C-N高温氧化机理。     

U型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究

以复合材料U型构件为研究对象,采用数值模拟的方法对U型件进行热压罐温度场的模拟,模拟出在不同时间段工装和工件的温度分布情况,模拟工件在工装传热和变形影响下的内部传热、固化度、最终变形情况和残余应力水平等。根据模拟结果,优化热压罐固化工艺参数,从而改善固化热变形问题,根据分析结果制定补偿方案并实施验证,同时优化工装结构形式,采用工装型面补偿技术对零件固化变形进行预补偿。结果表明,补偿后零件变形后的外形与理论几何外形相差1.37mm,验证了补偿技术的可行性。工装型面补偿技术可以有效提高复合材料结构件的制造精度。     

热压罐成型过程中框架式模具温度场模拟与分析

为了研究复合材料构件成型模具温度场,本文以某型飞机壁板的热压罐固化工艺为例,通过模型简化,利用FLUENT等仿真软件建立模具温度场的数值模拟模型,并将模拟数据与实验数据进行对比。结果表明二者平均相对误差为7. 4%。此外通过仿真模拟一组以支撑板厚度为变量的实例,两组以U、V两个方向的支撑板厚度为变量的对照组,通过判断模具型板表面温度方差大小,研究了支撑板厚度对模具温度场分布的影响规律。结果表明,模具温度场的均匀性随着支撑板厚度的增加而逐渐降低,其中U向支撑板厚度的变化对温度场均匀性的影响比V向大。