推进系统结构复合材料机械剥蚀计算及相关抗剥蚀技术研究进展

摘要 :复合材料机械剥蚀是固体火箭发动机推进系统热防护结构不可忽略的关键问题之一。本文主要从工程和数值计算两方面,讨论了处于恶劣高温高压工作环境下,复合材料热防护结构在含有高焓颗粒的高温高速气流冲击下的机械剥蚀问题,重点关注气流压力及剪切力、颗粒冲击、高温传热等因素对于机械剥蚀的影响。此外,从复合材料基体改性以及涂层技术两方面,讨论了复合材料结构提高抗机械剥蚀性能的相关研究工作。最后提出了固体火箭发动机推进系统复合材料热防护结构需要进一步开展研究的问题。

纳米二氧化铈复合抗菌材料研究进展

摘要:自21世纪以来,随着人们对卫生健康问题关注度的不断提升,细菌作为影响健康的关键因素之一,其耐药性问题因抗生素的滥用而愈发严峻,对人类生命健康构成了重大威胁。因此,抗菌剂的研究与开发显得尤为重要。纳米二氧化铈(CeO2NPs) 作为一种稀土基无机抗菌纳米材料,凭借其出色的抗菌活性,在抗菌领域赢得了广泛关注。本文旨在系统梳理CeO2NPs的抗菌机制,概述其主要合成方法,归纳其结构、形貌、大小对抗菌性能的影响。在此基础上,本文总结了CeO2NPs与各类无机及有机材料复合所形成的新型抗菌复合材料的最新进展,并对未来CeO2NPs抗菌材料的研究提出了工作建议。

基于碳基纳米材料的防/除冰复合材料制备及机制研究进展

摘要:碳基纳米材料(如碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯等) 凭借其高导电性、导热性以及优异的力学性能,为高效、低能耗防/除冰技术提供了新方向。基于碳基纳米材料的复合材料可兼具碳基纳米材料本身的优点,但基于碳基纳米材料的防/除冰复合材料制备和机制研究的综述性论文不多。本文针对基于碳基纳米材料的防/除冰复合材料的国内外研究现状进行了介绍,重点介绍了3 种碳基纳米材料(碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯) 的定义、理化特性以及与防/除冰性能之间的关联;重点阐述了3 种基于碳基纳米材料的防/除冰复合材料的制备和性能优化;归纳总结了其防/除冰机制(单一机制(光热转换机制、电热转换机制、超疏水机制)和复合机制)。并对基于碳基纳米材料的防/除冰复合材料面临的关键挑战、潜在应用和发展前景进行了展望。

耐高温陶瓷基复合材料增材制造技术研究进展

摘要:耐高温陶瓷基复合材料(HT-CMCs)因其卓越的耐高温、高强度、低密度及良好化学稳定性,在航空航天、能源等极端工况领域应用前景广阔。传统制造工艺在制备复杂形状与高性能HT-CMCs 时存在局限,而增材制造(AM)技术以逐层堆积成形的独特优势,为复杂结构HT-CMCs 制造开辟了新路径。该技术凭借直接制造冷却通道等复杂内部构型的能力,显著提升了材料的功能特性及结构效率,并基于服役需求能够实现性能导向的精准调控与定制化生产,同时大幅减少材料损耗,有效降低了制造成本。本文聚焦于HT-CMCs 增材制造技术,介绍了其技术原理及应用现状,重点阐述了HT-CMCs 材料增材制造体系设计、成形技术、工艺优化等方面的国内外最新研究进展。此外,本文展望增材制造HT-CMCs 未来趋势:材料与工艺协同上,突破多材料打印界面瓶颈,开发复合工艺以实现多功能一体化与梯度结构;智能化体系构建上,建“数字控制-实时监测-参数优化”系统,借AI 调控参数降低试错成本;模块化与循环制造上,开发可切换标准化模块,创新陶瓷废料回收以提高材料利用率,旨在推动其前沿工程化应用。

MXene基复合材料的功能设计及在智能电磁领域的研究进展

摘要:MXene作为新型二维过渡金属碳/氮化物的典型代表,凭借优异的导电性、可调控的层间距及丰富的表面官能团,在智能电磁领域展现出广阔应用前景。本文围绕 MXene 基复合材料的制备方法、性能调控策略及其在电磁功能材料前沿领域的研究进展展开系统论述。首先,介绍二维 MXene 材料的核心特性,重点分析 MXene 基复合材料的主要制备路径与微观结构特点;随后,深入探讨复合材料的性能调控策略,详细剖析结构设计、表面改性、复合杂化等多维界面协同优化的作用机制;最后,针对当前 MXene 基复合材料面临的环境稳定性欠佳、规模化制备技术受限、多功能协同平衡难度大等核心挑战,提出未来智能电磁材料设计的研究方向,为该类材料在航空航天等高端领域的实际应用提供参考。

软磁合金及其复合材料吸波性能研究进展

摘要:软磁合金以其高饱和磁化强度、优异的磁导率、丰富的磁损耗机制以及可调节的电磁参数等优势,在千兆赫兹频段电磁波吸收领域表现出巨大的应用潜力。本文对近五年来软磁合金及其复合材料在微波吸收领域的研究进展进行系统综述,详细总结软磁合金吸波材料的性能调控方法,主要包括成分优化、元素掺杂与后处理改善,分析这些方法对电磁参数和吸波性能的影响,继而重点论述硬磁材料、介电材料、绝缘材料与软磁合金复合对吸波性能的促进作用,并介绍机器学习对软磁吸波材料研发的辅助作用。最后,总结软磁合金及其复合材料的材料体系、制备方法、形貌设计呈现多元化发展趋势,未来将材料试验、性能模拟与机器学习深度融合,有望推动该领域吸波材料的高效研发。

石墨烯增强铜基复合材料研究现状

摘要:石墨烯增强铜基复合材料因兼具石墨烯的优异特性与铜的良好性能, 在电子、能源、机械等领域极具应用前景, 成为铜基复合材料研究的热点。全面综述其研究现状, 首先重点介绍粉末冶金法、原位生长法、电化学沉积法、分子水平混合法、累积叠轧法和激光选区熔化法多种制备工艺, 分析了各方法优缺点, 然后深入探讨了针对石墨烯与铜基体界面结合差、石墨烯分散不均匀和易团聚等问题提出的优化方案, 并阐述了石墨烯作为增强相对铜基复合材料性能的增强机理。最后对石墨烯增强铜基复合材料在工艺创新、性能协同优化及应用领域拓展等方向的发展趋势作出展望, 旨在为其未来深入研究与实际应用提供参考。

反应熔渗法制备超高温陶瓷基复合材料研究进展

摘要:超高温陶瓷基复合材料(ultra−high temperature ceramic matrix composites,UHTCMCs)因其优异的高温稳定性、抗氧化及抗烧蚀性能,成为高速飞行器热防护系统的核心候选材料。反应熔渗法(reactive melt infiltration,RMI)凭借成本低、操作简单、制备周期短、可成形复杂构件且所得材料致密度高的优势,成为制备UHTCMCs 的关键工艺。系统阐述了RMI 工艺的基本原理和反应动力学机制,回顾了该工艺从单组元改性向多元复合体系演进的发展历程。在此基础上,重点分析了采用RMI 制备的纯组元(如C/C−ZrC、C/C−SiC)、二元(如C/C−SiC−ZrC、C/C−ZrC−TiC 等)及多元(含高熵)UHTCMCs的微观结构、力学性能与抗氧化烧蚀性能之间的内在关联。分析表明,纯组元体系性能提升有限,二元体系通过组元互补初步实现性能协同,而多元体系则因固溶强化效应、高熵晶格畸变及烧蚀过程中形成的多相致密氧化保护层等因素,展现出更为优异的综合力学性能与宽温域抗烧蚀能力。最后,指出了RMI 制备UHTCMCs 面临的关键挑战,包括高熔点组元导致熔渗温度过高损伤纤维、残留低熔点相影响高温性能、多组元陶瓷相精准调控困难等,并对未来反应熔渗理论体系的完善、低温熔渗工艺优化及大尺寸复杂构件制备等发展方向进行了展望。

可重复使用超高温陶瓷基复合材料研究进展

摘要:随着空天飞行器向更高速度、可重复使用与轻量化方向快速发展,其热防护系统面临极端高温、重复烧蚀及力学承载等多重严苛挑战。超高温陶瓷基复合材料因兼具高熔点、耐重复烧蚀、低密度、高比强度以及高可靠性等优势,被视为新一代可重复使用空天飞行器热防护系统的理想材料体系。系统综述了空天飞行器热防护材料的主要类别,分析了可重复使用空天飞行器对热防护材料的性能要求,并重点聚焦于最具潜力的超高温陶瓷基复合材料在耐重复烧蚀等方面的研究进展,分别从材料组分设计与优化、纤维与界面调控、轻量化与结构功能一体化设计以及先进制备工艺等关键方向展开论述。研究表明,通过多相复合、稀土掺杂、高熵设计等组分优化手段,结合纤维/界面体系创新设计,超高温陶瓷基复合材料的抗重复烧蚀性能和结构可靠性等方面已取得显著提升。展望未来,该领域仍需在长时循环力-热耦合下的性能退化机制、纤维/界面在氧化环境中的耐久性、寿命预测与评估方法以及低成本高效制备技术等方面开展跨尺度机理研究与工程化应用探索,以推动其在可重复使用空天飞行器等尖端装备上的实际应用。

基于气凝胶毡复合材料智能生产的关键技术分析与规划建设

摘要:气凝胶毡复合材料是一种具有纳米孔结构的轻质隔热材料,凭借其极低的导热系数和易于加工的特点,广泛应用于建筑保温、工业装备隔热和电池热防护等领域。随着国内需求的持续增长,气凝胶毡复合材料的生产规模不断扩大。然而,现行生产主要依赖间歇式或半连续式流程,普遍面临自动化水平低、人工依赖强、质量稳定性不足及效率低下等挑战。为改善上述生产过程中的诸多弊端,研究了气凝胶毡智能生产线的规划设计,对气凝胶毡复合材料的生产流程进行了系统梳理与整体规划设计,提供了一套覆盖原料入库、配料、复合、改性、超临界、包装至成品入库的全流程智能生产线设计方案。设计方案融合智能工厂理念,集成智能管理软件、自动化机械臂及智能物流系统等控制媒介,实现了生产过程的高度自动化、生产数据的实时可视化和工艺流程的优化,从而有效提升了生产效率和产品综合质量。