面向“十五五”的超精密装备:挑战与机遇

摘要:精密装备通常指加工工艺中精度达到微米级的装备,超精密装备通常需要达到微米级甚至纳米级以上。超精密装备是今天先进制造的基础,同时也是若干高技术产业的关键组成部分,如集成电路、显示、航空航天、仪器仪表、高端机床等。这些产业中超精密装备的水平对该产业的发展水平有决定性影响。超精密装备还是现代科学、技术和工程实践成果的结晶,其发展是一个不断迭代进步的历史过程,需求牵引、科技进步和工程师的关键技能(know-how)积累缺一不可。时至今日,超精密装备产业基本被发达国家的少数企业垄断。超精密装备产业比较薄弱,也是中国作为全球第一制造业大国但还不是制造强国的重要原因之一。文章分析了当前我国超精密装备产业发展的现状和存在的主要问题,以及这些问题产生的原因。面对剧烈变化的内外环境,提出了抓住机遇、迎接挑战的具体工作建议。

3D打印技术在轨道交通零部件生产中的应用进展

摘要:随着轨道交通业的快速发展,复杂铸件的需求不断增加,列车轮与钢轨等易损件无法完成快速修复,现有仓储模式无法满足轨道交通零部件的快速更换需求。3D打印技术作为一种新兴制造技术,制造速度快,完成质量高,应用广泛,但其在轨道交通零部件中的应用尚未展开。总结了3D打印技术在轨道交通复杂零部件的铸造开发,钢轨、车轮和车轴等易磨损件的快速修复及轨道交通零部件高效维护更换等方面的研究进展,提出了3D打印技术在轨道交通零部件中应用存在的问题和发展方向。

车规级芯片封装界面可靠性研究进展

摘要: 控制芯片作为汽车电子控制单元(ECUs)的核心部件,其封装可靠性直接影响整车安全性能。针对微控制单元(MCU)与系统级芯片(SoC)两类主流架构,基于汽车典型工况下的机械振动与温度冲击复合载荷特征,系统研究了封装界面分层失效机制。研究表明:在多载荷耦合作用下,贴片界面、引线键合界面及底部填充胶界面等关键部位的性能退化导致的界面粘接强度衰减与材料热失配效应是诱发分层失效的主导因素。通过对比虚拟裂纹闭合技术(VCCT)、J积分法及内聚力模型(CZM)的数值模拟适用性,表明CZM 在非线性材料大变形条件下具有界面失效表征优势,J积分则适用于非线性材料小变形断裂领域,而VCCT在线弹性稳态裂纹扩展分析中更具计算效率优势。

团簇-晶核共组装亚纳米材料的研究进展

摘要:亚纳米材料是指特征尺寸至少在一个维度上小于1 nm 的材料。与传统纳米材料相比,亚纳米材料往往有特殊的性能,因而具有广阔的应用前景。清华大学的王训教授课题组实现了在良/不良溶剂体系中制备亚纳米材料,并提出了团簇-晶核共组装策略来实现亚纳米尺度上材料组分的调控。目前,该策略已发展成为制备各种组分亚纳米材料的普适方法。亚纳米材料因超高的比表面积和接近100%的表面原子暴露率而具有快速的电子/离子传输特性,在储能、催化和光热转化等领域中获得了广泛的应用。本文介绍了团簇-晶核共组装策略的概念和亚纳米材料的形成机理,同时,综述了近年来利用团簇-晶核共组装策略制备的亚纳米材料的研究现状,就其合成方法、结构等进行系统的介绍,讨论了这些亚纳米材料在储能、催化、光热转化、有机凝胶等方面的应用,最后提出了亚纳米材料目前面临的挑战和未来的研究方向,旨在为亚纳米材料的设计和精确合成提供新的视角。

超细晶和纳米晶钨基合金制备方法的研究现状与进展

摘要:先进核聚变能系统的发展需要具有更加优良力学性能和抗辐照性能的钨基合金。超细晶钨(晶粒尺寸0.1~1.0μm)和纳米晶钨(晶粒尺寸小于0.1μm)具有低溅射腐蚀速率、良好的抗辐照能力以及较高的高温强度等,因而在核工业、航空航天、电子器件等领域中具有重要的潜在应用价值。本文从自上而下法和自下而上法两个方面介绍了超细晶和纳米晶钨基合金的制备方法及其主要性能,综述了国内外在制备超细晶和纳米晶钨基合金方向上的最新成果,分析了国内外超细晶和纳米晶钨基合金的制备技术、制备过程及其存在的问题,并对超细晶和纳米晶钨的应用和发展方向进行了展望。

Al-RE系耐热铝合金的研究进展

摘要:近年来,铝合金作为轻量化材料在汽车工业、航空航天、船舶海洋及其他装备制造领域得到广泛应用。上述工业应用场景对300 ℃以上的中、高温环境的服役需求越来越迫切,而现有的耐热铝合金并不能满足其需求。新近发展的以稀土元素(RE)作为主合金化元素的Al-RE 系耐热铝合金,鉴于其优异的高温性能与蠕变抗力,以及微观结构所具备的可设计性和可控调性,展现出了巨大的工程应用潜力。本文综述了近年来国内外关于Al-RE 系耐热铝合金的主要进展,包括以Al-Sc 和Al-Er 等为代表的时效析出强化型合金、以Al-Ce 为代表的共晶强化型合金和兼具前述时效析出相和共晶组织的复合强化型合金。本文对Al-RE合金中,不同合金体系的优缺点进行了充分的分析和总结,从主合金化元素、其他非稀土合金元素、热处理工艺制度和微观组织热稳定性等方面探讨了Al-RE 系合金的微观组织调控思路,并参考现有的耐热铝合金,综合评价了合金的室温拉伸性能和高温蠕变性能。最后,对Al-RE系耐热铝合金的发展进行了展望。

导电金属有机框架材料的研究进展

摘要:金属有机框架材料是一类具有高比表面积的无机-有机杂化晶态材料,传统的金属有机框架材料由于其导电性较差,在电子器件领域的应用受到限制。近期研究表明,通过引入含有特定共轭结构的配体以增强其导电性等设计策略,能够成功制备出具有较高导电性的金属有机框架材料,从而拓展了其应用范围。本文系统总结了导电金属有机框架材料的设计策略、表征方法、研究进展以及其最新应用,并详细探讨了该研究领域中存在的挑战及其未来的发展方向。

深海探测技术进展及未来发展趋势

摘要:深海探测是开发海洋资源、研究地球演化和保护地球生态系统的关键技术。综述了2019—2025 年深海探测技术的主要进展,包括潜水器、传感器、通信、能源等领域,展望未来5~10 年的发展趋势。介绍了深海探测的重要性和面临的挑战,以及深海潜水器、传感器与观测、采样与分析、通信与导航、能源,以及大数据与人工智能等多方面技术的现状。分析表明,智能化、长续航和原位实验技术将成为核心方向,但高压环境适应性、能源供应和数据传输仍是主要瓶颈。探讨了智能化与自主化、长续航与能源创新、成本革命等未来发展趋势。期望对推动深海探测技术的可持续发展起到一定的指导作用。