航天先进结构复合材料及制造技术研究进展

随着航天装备的发展,对轻质的树脂基结构复合材料技术提出了新的发展需求,推动了结构复合材料及其制造技术的新发展。本文重点从结构复合材料材料体系、制造方法及应用等方面介绍了近年来国内外航天先进结构复合材料研究与应用新进展,并结合航天飞行器发展需求,对未来航天结构复合材料研究与应用发展方向进行了探讨。     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

增材制造超材料及其隐身功能调控的研究进展

超材料作为一种新型拓扑优化设计的结构材料,展现出特殊的物理性质,比如负泊松比、负折射率等,在波动控制和隐身方面有重要的潜在应用价值,因此受到国内外的广泛关注。增材制造技术,又称为3D打印技术,适合于制造复杂形状的结构,利用增材制造技术制造隐身超材料具有较高的几何自由度和尺寸精度,为超材料的广泛应用提供技术条件。本文基于超材料的基本概念,对隐身超材料结构设计、功能调控的研究进展进行详细介绍,进一步介绍增材制造隐身超材料的光固化法、熔融沉积法、激光选区烧结/熔化法等工艺方法,并讨论了增材制造超材料在制造过程中存在的阶梯效应、原材料黏附现象、热扩散现象、尺寸精度、粗糙度等问题。     

纤维复合材料激光加工进展及航天应用展望

纤维增强复合材料(FRPs)因其优异的力、热、电磁、化学等性质被广泛应用于航天、航空等领域。作为一种各向异性、非均质的难加工材料,纤维复合材料的传统加工方式存在精度、损伤及效率等问题,为其激光加工技术的快速发展提供了机遇。综述了激光加工技术在实验研究、理论与仿真等基础研究方面的进展,分析研究热点和发展趋势,指出纤维复合材料超快激光加工存在的问题及挑战;报告了纤维复合材料在激光切割与制孔、激光铣削、激光表面处理和连接技术、激光辅助成形等方面的研究及应用进展;针对航天器(特别是空间飞行器)先进制造应用,提出了纤维复合材料产品激光宏观加工和激光微细制造技术的潜在应用方向,展望了实现应用所需发展的工艺装备,以期为后续该类材料产品的激光加工应用提供参考。     

硅酸钇材料的研究进展

针对硅酸钇材料结构特点和物理化学特性，综述了该材料目前在高温抗氧化涂层、光学以及微电子器件等领域的应用现状，并介绍了近年来国内外相关制备技术的发展情况，对硅酸钇材料今后的研究趋势和发展方向进行了展望。     

超精密加工设备的发展与展望

当今超精密机床技术的发展趋势是:技术上不断朝着加工的极限方向发展,向更高精度、更高效率方向发展,向大型化、微型化方向发展;功能上向加工检测补偿一体化方向发展;结构上向多功能模块化方向发展;功能部件上向新原理、新方法、新材料应用方面发展,总体来讲是向极限制造技术方面发展。     

铝合金增材制造的发展现状与展望北大核心CSCD

铝合金增材制造凭借着材料自身的轻量化优势以及增材制造工艺在材料利用率和复杂结构制造方面的特点,在航天领域结构件的制造方面受到了广泛关注。本文针对铝合金增材制造在航天领域的应用,通过电弧熔丝、激光选区熔化以及激光送粉三个代表性工艺分析铝合金增材制造技术的研究现状及现存问题,并简要阐述了目前铝合金增材制造技术在航天领域的应用现状和未来的发展方向。     

大型军用运输机制造技术的发展趋势

在民用运输机领域迅速发展起来的先进制造技术也逐渐向军用运输机领域转移,以A400M为典型代表,先进复合材料结构制造技术、轻质合金结构制造技术、先进表面涂层技术以及自动化装配技术等一大批先进制造技术已经开始在军用运输机上得到应用,正推动着军用运输机朝着先进化方向发展。     

先进航空材料和复杂构件的钎焊技术

钎焊技术作为特种连接技术的一种,在制造复杂精密结构和新型耐温材料的连接方面上具有独特优势,开展陶瓷材料、金属间化合物材料以及新型高温合金等材料及构件的钎焊技术研究将是航空领域钎焊技术的主要发展方向。     

航天高性能薄壁构件的材料-结构一体化设计综述

新一代航天器技术的快速发展对结构件超强承载、极端防热、超高精度和超轻量化提出了越来越苛刻的要求，如何设计并制造出高性能、轻量化、超精密的航天薄壁构件成为先进材料与结构设计制造领域普遍关注的难题。本文综述了近年来薄壁构件高性能设计与制造及其航天应用的主要成果，围绕材料-结构多尺度建模与性能表征、多材料多尺度结构设计与增材制造原理、增材制造材料性能与结构设计的交互作用机制等科学问题，就结构优化中的制造工艺约束建模，增材制造工艺参数对结构性能的影响，高性能构件材料-结构一体化设计方法及其在航天结构中的应用展开论述，并展望了未来典型航天薄壁构件材料-结构一体化设计和制造方法发展前景与应用，为未来相关研究工作和航空航天装备研发提供参考。     

增材制造（3D打印）分类及研究进展

增材制造(3D打印)近年来被国内外广泛研究和应用,但是目前尚无关于增材制造的系统、清晰和准确的分类。根据文献调研和现场调研,将增材制造技术分别按照制造材料种类、形态、热源、工艺组合等方法来进行划分,即增材制造技术可分为四大类16个小类,并且分别介绍各类增材制造技术原理、特点及其研究应用现状。最后指出目前增材制造材料单一与效率低等不足及向多元化、高效化、稳定化和包容化等发展的趋势。     

超塑性研究和应用新发展

介绍了先进材料超塑性研究和商业应用方面的最新进展,评述了国际超塑性技术的发展方向。     

激光快速成形梯度复合结构的研究进展

<正>梯度复合结构是为突破单一均质材料的性能限制,结合实际应用需要和不同材料的性能特点而发展起来的一种新型材料/结构形式。激光快速成形技术在材料组成、组织性能及外形尺寸控制方面具有高度柔性,是未来智能制造的重要发展方向之一。     

激光选区熔化技术在航空航天领域的发展现状及典型应用

增材制造技术(AM)是一种基于离散-堆积原理,以计算机模型数据来加工组件的新型制造技术。激光选区熔化(SLM)作为增材制造领域的一项重要技术,以其一体化制造特点和在复杂结构零部件制造领域的显著优势,成为航空航天制造领域的重点发展技术和前沿方向。本文综述了SLM技术的材料体系和应用领域,主要对SLM技术的最新工艺研究和航空航天领域的典型应用进行细致分析。重点阐述SLM铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金等材料体系的研究进展及成果。SLM技术在各领域广泛应用的同时,也存在成形材料内部缺陷多、高性能材料的裂纹及变形、标准体系的欠缺和粉末材料兼容性低等诸多问题和不足之处,使其发展受到一定制约,需要在这些方面做更深入的工作。     

MEMS微结构粘附问题研究

阐述了表面工艺制造MEMS时造成粘附现象的主要方面,并对其进行了完整的理论分析,得出粘附力的大小与器件所处环境的湿度、温度和结构的材料、表面情况以及相对运动等因素有关,并简介了各种技术方法在结构防粘附中的应用。     

临近空间超声速飞行器短时热强钛合金应用分析

临近空间超声速飞行器严酷的使役特点和要求给机体结构选材带来了严峻的挑战。短时热强钛合金材料以耐高温、低密度、高比强度、高比刚度、制造加工成形工艺优良的优点成为临近空间超声速飞行器的首选材料。根据临近空间超声速飞行器的使役特点与选材要求,从性能、制造加工成形工艺、成本3个方面的实际工程应用需求出发,对短时热强钛合金在飞行器结构上的应用研究思路进行了分析并提出了建议,为临近空间超声速飞行器机体结构的选材、设计和研制提供参考。     

焊接视觉传感及自动跟踪技术的现状与发展

航空航天制造领域的焊接在材料、结构、焊接工艺方法等方面都有其特征,对焊缝自动识别与跟踪的准确性、实时性和适应性也有专门要求。基于结构光法焊缝视觉跟踪技术已经得到实际应用。焊接视觉技术未来的发展应更关注和利用工件焊接区域光学特征。探索多传感信息融合的视觉跟踪方法是航空航天制造焊接自动化的重要研究方向。     

专家系统在材料领域中的研究现状与展望

简要介绍了专家系统的一般结构及功能，综述了近年来专家系统在材料领域中的应用，即在材料优化设计、材料智能加工与智能控制、材料缺陷诊断与质量控制等方面国内外研究现状与取得的成果，探讨了今后的发展方向。     

国外新型飞机结构材料应用及其制造技术进展

新型飞机的结构设计正向大型化、整体化发展。为满足新结构的制造要求,必须解决新材料、新结构的加工问题,因而促进了新材料应用技术的发展。本文综述了国外在胶接、超塑性成型、扩散连接、复合材料等方面的技术及应用。     

未来战斗机对结构创新设计/制造一体化技术的发展需求

介绍了战斗机的发展历程及机体结构技术的演变特征,论述了未来战斗机机体结构设计制造一体化技术发展方向,结合目前增材制造等先进制造技术研究现状,提出大型整体化、构型拓扑化、梯度复合化、功能结构一体化等创新结构先进制造技术发展需求,以期突破设计极限限制,实现战斗机机体的更新换代,摆脱传统"经典"结构束缚,大幅度提升未来战斗机高性能多功能的机体平台品质。