粉末床熔融增材制造难熔金属材料研究进展

摘要:增材制造技术(additive manufacturing,AM)的发展为高熔点难熔金属(如钨、钼、钽、铌及其合金)复杂构件的近净成形带来了革命性的新机遇。然而,难熔金属材料因熔点高等固有属性,使其增材制造过程呈现出显著有别于其他金属材料的特殊性。本文基于激光选区熔化(selective laser melting,SLM)和电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)等金属粉末床熔融(powder bed fusion,PBF)增材制造技术,系统综述了钨、钼、钽、铌及其合金在增材制造领域的研究进展。重点聚焦于难熔金属粉末原料制备技术,以及成形过程中工艺缺陷(如孔隙率、裂纹、晶粒粗化等)调控策略和组织性能特点。此外,本文还总结了当前增材制造难熔金属在产业化进程中面临的关键挑战,并对未来发展趋势进行了展望。

人工智能驱动可持续混凝土:方法、机遇、挑战

摘要:人工智能(AI)技术为可持续混凝土研发开辟了新途径,能够在保障材料性能的同时,有效平衡成本、碳足迹和能耗等可持续性指标。本文系统回顾了面向可持续混凝土的AI 技术,重点讨论了其可解释性和可信赖性提升方法。首先,总结了传统AI 与先进AI 方法在提升混凝土可持续性方面的应用现状;随后,分析了数据“质”与“量”、预测可靠性、多目标优化设计以及更广泛的社会性考量等当前面临的关键挑战;同时探讨了将AI 与机理模型、全生命周期评估模型及信息物理系统相结合,以实现自动化与自适应混凝土生产的潜在路径;最后,提出了未来的研究方向,并规划了基于AI 的可持续混凝土基础设施发展路径。旨在启发研究人员与工程师利用AI 技术,共同推动绿色建筑环境的构建。

水系镁空气电池电解液研究进展

摘要:镁空气电池以其理论能量密度高、安全性好、成本低和环境友好等突出优势,近年来受到广泛关注,但关于水系镁空气电池电解液的系统化综述仍相对匮乏。由于镁阳极在水系环境中易发生自腐蚀、放电产物堆积及严重块效应,导致阳极利用率低、工作电压偏低且波动明显,使电解液成为制约镁空气电池实际应用的关键因素。为此,本文系统梳理了水系镁空气电解液的基本特性与关键影响因素,重点从电解液体系选择、界面调控策略以及添加剂作用机制等方面展开综述。内容涵盖含氯与无氯近中性电解液的结构特点与适用性,无机、有机及复合添加剂的调控作用,以及阴离子在电解液/阳极界面中的协同影响。最后,对水系镁空气电解液的未来发展方向提出展望,包括界面调控机制的深化理解、电解液体系的绿色化设计以及基于机器学习的配方快速筛选等。本文旨在为高性能镁空气电池电解液的研究与应用提供参考。

电介质储能陶瓷的研究进展

摘要:电介质储能陶瓷因其卓越的性能特点,如高能量密度、快速充放电能力、优异的抗疲劳性和出色的高温稳定性,已成为固态脉冲功率系统中不可或缺的关键组件。本文总结了组分设计、宏/微观结构设计等关键技术对线性电介质、铁电体、弛豫铁电体和反铁电体储能性能的影响;并且分析了各种电介质储能陶瓷的最新研究进展;最后,对电介质储能陶瓷的未来发展方向进行了展望,强调了其在提升储能效率和拓展应用领域方面潜力。

新一代航空发动机新结构设计及其对新材料与新工艺需求分析

摘要:随着航空动力技术的不断演进,发动机的结构设计、材料及制造工艺三者协同发展,为发动机性能的提升提供了关键支撑。一代发动机,一代结构设计方法,一代材料与制造工艺。尤其是近年来,伴随着发动机需求的复杂化和多样化,新结构、新材料和新工艺逐渐呈现出跨代创新的发展趋势。系统对比了各代军用涡扇发动机在结构设计、材料应用及制造工艺方面的特点,揭示了新一代航空发动机的3 大核心技术创新方向:在结构设计领域,聚焦高结构效率整体式设计、高推进效率轻质化设计和长寿命高可靠结构设计,深入解析了空心点阵、拓扑优化、微纳仿生、耐高温/隐身/透波一体化多功能结构和变体结构等突破性技术;在材料创新方面,确立了超耐温结构材料、轻质高强材料、隐身材料、智能超材料等关键材料的材料体系,着重分析了这些新型材料在极端服役环境下的性能要求与应用前景;在制造工艺方面,分析了激光加工、增材制造、微纳制造及智能制造等先进制造技术对复杂构件成形和质量控制的革命性影响,构建新一代航空发动机制造技术体系。旨在为航空发动机的未来发展提供前瞻性参考与指导。

石墨烯储氢纳米复合材料的研究进展

摘要:近几年,电解水制氢和氢燃料电池得到了广泛的应用,但作为氢能源利用关键环节的“储氢”技术,一直是氢能领域亟待突破的壁垒难题。石墨烯,凭借其高比表面积、丰富的多孔结构、轻质高密度以及优异的化学和热稳定性等优点,在固态储氢领域展现出了广阔的应用前景。然而,纯石墨烯结构缺乏官能团,与氢的结合能较低,难以满足商业化储氢的性能要求。为了提高石墨烯的储氢性能,对石墨烯进行金属化改性、掺杂和复合成为了有效策略。本文总结了石墨烯的基本特性,深入探讨金属化改性石墨烯材料的方法,重点分析了碱金属、碱土金属、过渡金属以及高容量氢化物修饰石墨烯的储氢性能研究进展。这些研究进展不仅为石墨烯基金属化材料在储氢领域的应用提供了理论基础,还为未来石墨烯基储氢材料的有效开发和商业化应用提供了新的方向和思路。

船舶用高熵合金的发展与应用展望

摘要: 随着全球海洋经济的蓬勃发展和海洋战略地位的日益凸显,船舶工业对新一代高性能材料提出了更高要求。高熵合金凭借其独特的多主元设计理念与优异的性能,在船舶工业方面展现出广阔的应用前景。本研究系统综述了相关高熵合金的研究进展以及其在船舶工业中的应用潜力,重点探讨了粉末冶金、真空熔炼、增材制造等高熵合金主流制备工艺,深入分析了高熵合金在耐腐蚀性、抗生物腐蚀性、低温韧性、力学性能、耐磨性及热稳定性等方面的表现,展望了其在船体结构及功能涂层等关键部位的应用。当前的研究表明,通过成分设计、微结构调控及先进工艺的协同优化,高熵合金可满足船舶材料在极端环境下服役的性能需求。目前高熵合金面临生产工艺不满足大规模生产要求和合金成本过高等共性挑战。未来发展趋势将聚焦于突破大尺寸构件成形技术瓶颈,实现性能与成本之间的优化平衡,以推动高熵合金在船舶工程中的规模化应用。

铷、铯金属的制备、提纯和检测技术研究进展及应用展望

摘要:中国铷、铯资源储量丰富,但由于成本问题无法有效开发利用。而铷、铯金属因其优异的物理化学特性可广泛应用于战略性新兴产业,为提升资源综合利用价值,开发高附加值的铷、铯金属产品是重要途径之一。目前,铷、铯金属制备技术主要有电解法、热分解法和热还原法,其中电解法因温度高、效率低以及氯气污染问题仍处于实验室研究;热分解法产率低,难以工业化;热还原法工艺简便,最具产业化潜力,但还需对机理、工艺和设备进行研究。提纯技术主要有蒸馏法和偏析法,蒸馏法效率高、金属损耗少但温度高,对设备要求严苛;偏析法温度低、操作简单但金属损耗高。为制备高纯金属,通常需组合应用多种还原、 提纯技术。值得注意的是,现有的检测技术存在成本高、操作复杂和检测效率低等问题,很难满足高纯金属的检测需求,亟需发展快速、精准的杂质元素同步检测方法,建立相应的检测标准。在能源、量子和检测等高端应用领域的推动下, 高纯铷、铯金属的需求持续增长。然而,当前可控核聚变和激光器等研究多处于实验室阶段,其产业化受限于原料成本。因此,未来技术发展应聚焦于建立标准化质量体系和开发热还原- 提纯宏量化生产技术。

具身智能驱动的智能制造应用发展研究

摘要:本文旨在探讨具身智能技术在智能制造领域的应用与发展,为具身智能在智能制造领域的落地应用提供理论支持与实践指导,促进制造业高质量发展与转型升级。按照基于规则的自动化制造、数据驱动的数字化智能制造、具身智能赋能的智能制造的三阶段划分,系统回顾了智能制造的技术演进过程;从交互模型、技术要素、技术框架3个层面出发,构建了具身智能驱动的智能制造技术体系,重点阐述了多模态制造业数据融合感知、基于大模型的具身智能制造、力控制、机器人运动规划等技术要素。具身智能对智能制造在生产制造、仓储物流、检测维护、人机协作等方面具有直接的赋能作用,但也面临多模态数据缺乏制约实际应用成效发挥、复杂制造环境增大感知理解难度、人工智能幻觉导致应用安全风险、软硬件结合问题影响智能能力提升、伦理法律缺失带来标准合规挑战等应用难点。研究建议,加强技术攻关、突破关键瓶颈,完善产业生态、推动应用落地,制定标准规范、保障生产安全,拓展应用场景、开辟市场空间,推动具身智能驱动的智能制造应用发展。

极端环境用超高温陶瓷结构材料研究进展

摘要: 超高温陶瓷(Ultra-high Temperature Ceramic, UHTC)结构材料因其在1600℃以上氧化环境中表现出优异的抗氧化/烧蚀性能、高温强度保持率和抗热冲击性能, 成为航空航天、国防装备、能源动力等领域的重要候选材料。近年来, 围绕UHTC结构材料的成分调控、微观结构设计、先进制备工艺以及性能优化等方面, 基础研究和技术应用均取得了显著进展。以碳化物、硼化物、氮化物等为代表的UHTC 体系, 正面临着温度更高、环境更复杂的服役需求。为进一步推动极端环境用UHTC结构材料的发展, 本文系统综述了该领域的最新研究进展。首先,详细阐述了UHTC粉体的合成工艺; 其次, 深入探讨了超高温结构陶瓷的体系、致密化方法及结构调控策略; 继而重点分析了超高温陶瓷基复合材料(Ultra-high Temperature Ceramic Matrix Composites, UHTCMCs)、超高温陶瓷改性碳/碳复合材料(Ultra-high Temperature Ceramics Modified Carbon/Carbon Composites, UHTCs-C/C)以及UHTC 涂层的制备技术及其性能强化策略, 着重探讨了其在抗氧化/烧蚀领域的最新突破。同时, 本文还指出了极端环境下UHTC 结构材料在长期稳定性和可靠性方面面临的主要技术挑战, 并对其未来发展趋势进行了前瞻性展望。