纳米级金刚石系列产品的现状及展望

介绍了利用爆炸法合成的纳米级金刚石及其在磨合油、金属修补剂等方面的应用,同时介绍了国外的应用开发情况。     

高能机械加工表面纳米化40Cr钢组织结构与力学性能

利用超声高能机械加工处理工艺在40Cr钢表面制备了纳米晶表面层。采用SEM,TEM和纳米压痕技术等分析了表面纳米晶层的组织结构与力学性能。实验结果表明,表面是由分布均匀的纳米级铁素体和纳米级渗碳体晶粒构成的复合纳米结构,过渡区由纳米级的渗碳体晶粒和粗晶铁素体晶粒构成。表面平均晶粒尺寸为3nm。随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。表面硬度高达8GPa,为基体硬度的3倍,随着深度的增加,硬度迅速降低。表面层弹性模量为252GPa,与基体十分接近。     

含铝浆体燃料燃烧性能研究进展

将高能金属颗粒添加到液体燃料中制成的浆体燃料含有比普通液体燃料更高的体积能量,在航空航天领域显示出潜在的重要应用价值。对国内外已开展的浆体燃料的研究情况进行了总体回顾,介绍了浆体燃料的发展历程,重点聚焦含纳米铝颗粒浆体燃料燃烧特性研究,以微观燃烧特性研究(单液滴为对象)和宏观燃烧性能研究(模型燃烧室为对象)两个不同视角论述了浆体燃料燃烧性能研究中单液滴蒸发/燃烧的理论模型、单液滴蒸发/燃烧特性的实验测量值及浆体燃料模型燃烧室燃烧性能研究进展,呈现了国内外研究机构在该领域的主要研究成果。探讨了现有研究存在的一些问题,如纳米铝团聚体的蒸发燃烧行为研究不足,微观燃烧特性和宏观燃烧性能研究脱节及模型燃烧室设计不利于准确评价燃烧性能等。给出了对该领域研究发展趋势的展望和进一步研究的建议。     

纳米结构莫来石粉体喂料的制备与表征

环境障涂层（Environmental barrier coating,EBC）是设立在服役环境和发动机材料之间阻止或减小环境对发动机侵蚀的表面防护层。莫来石具有良好的耐高温性、化学兼容性、抗氧化性和导热性,被视为环境障涂层的重要材料。对纳米结构莫来石粉体喂料的制备工艺进行了研究,目的是制备出球形度好、表面光滑、流动性好、致密度高的纳米结构粉体喂料。以纳米Al2O3、SiO2粉体为原材料,采用湿法球磨、喷雾干燥、固相烧结的方法制备了用于环境障涂层的纳米结构莫来石粉体喂料。借助X射线衍射仪和扫描电镜研究了粉体喂料在不同热处理温度下的组织与形貌。结果显示,1300℃+150 min的固相烧结的球形度与喷雾干燥所得的球形度保持一致,表面也较为光滑,缺陷较少,莫来石粉体喂料的粒径在60μm左右,晶粒为纳米结构。     

基于纳米铝热剂的MEMS固体微推力器点火实验研究

MEMS固体微推力器可以形成单元数量巨大的微推力器阵列,适合低成本微、纳卫星系统,是极具潜力的新型卫星推力器。为研究基于纳米铝热剂的MEMS推力器工作特性,开展了大气和真空点火实验。大气下的燃烧羽流与空气进一步燃烧,导致羽流的发光持续时间约数ms,远大于真空试验,过估了在真空条件下的推力器作用时间。真空试验获得了动态推力特征和有效工作时间(约250μs),估算推力器的冲量约55μN·s～80μN·s。羽流影响范围的直径约为30mm、流向约70mm,羽流颗粒的运动速度约132m/s。测试结果显示,底部点火先将推进剂挤出喷孔,而后在外部燃烧和爆炸。羽流形貌有两种特征:一种是剧烈爆炸,产生蘑菇云状气体产物;而另一种未产生气状产物。前者的冲量和有效工作时间大于后者。     

耐高温气凝胶隔热材料研究进展

气凝胶是一种由胶粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的固体纳米材料,具有超低密度、低热导、高比表面积和高孔隙率等优异性能。气凝胶材料的孔隙率在90%以上,且气凝胶材料内部的介孔结构使得气凝胶具有极佳的隔热性能。同时,气凝胶材料的低热导率和高耐温性可以让其在高温下仍能保持良好的三维纳米网络结构,不会发生高温烧结现象。因此,气凝胶材料在轻质耐高温防隔热材料领域得到了广泛关注。本文重点介绍了耐高温气凝胶隔热防护材料耐温性能研究及发展现状,且对耐高温气凝胶隔热防护材料的发展进行了展望。     

纳米隔热材料透-反射光谱测量及辐射物性反演

基于辐射传递求解的改进二流近似和全局智能优化的遗传算法,结合材料的法向-半球反射率和透过率,构建了纳米隔热材料吸收系数和散射系数的辨识模型。采用文献中报道的两种玻璃的辐射物性参数数据数值验证了辨识方法的可靠性。实验测量了纳米隔热材料法向-半球透过率和反射率数据,辨识获得材料在0.4~7.0 μm波段的吸收系数和散射系数。研究表明：(1)构建的辨识方法能准确辨识材料的吸收和散射系数;(2)在0.4~7.0 μm内,材料的吸收系数介于70~3 900 m^-1,散射系数在180~3 000 m^-1之间,不同波长下数值差异大,呈现强烈的光谱选择性;(3)在2.5 μm以下材料内散射所占份额较大,在2.5 μm以上吸收明显占优,整体上呈现出强吸收、弱散射特征。     

熔石英元件纳米射流超光滑抛光流场仿真与实验

利用计算流体力学软件Fluent对纳米颗粒射流超光滑加工的流场分布特点进行了流体动力学分析。基于仿真结果对去除函数的变化规律进行了研究,通过具体实验来对流体动力学仿真结果进行了验证。搭建了纳米射流抛光装置,利用该装置对熔石英元件进行了加工。原子力显微镜观测结果表明熔石英元件表面粗糙度RMS值由初始的0.680nm减小到了0.307nm,实现了超光滑加工。     

化学剥离制备氧化石墨烯及表征

以无硫膨胀石墨为原料,采用化学剥离法制备出氧化石墨烯。利用X射线衍射仪(XRD)分析膨胀石墨、氧化石墨、氧化石墨烯的晶体结构;利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)研究氧化石墨、氧化石墨烯表面的红外光谱特征。结果表明:对于制备氧化石墨烯,化学剥离这种方法是可行的。另外,FTIR图谱表明,氧化石墨的表面和边缘含有大量的环氧基、羟基等官能团,有利于其在N,N-二甲基甲酰胺溶液中经超声剥离获得质量较好的氧化石墨烯薄片。