耐高温树脂及其复合材料性能研究

摘要:针对固体火箭发动机复杂管路一体化成型工艺技术要求,进行了TDS 型苯并噁嗪树脂的粘度、热重曲线、流变性能以及复合材料的力学性能测试,得到了TDS 型苯并噁嗪在注胶温度下粘度小于0.3 Pa.s,工艺窗口大于6 h,该树脂在800 ℃氮气气氛下,残碳率为55.6%,也获得了复合材料的拉伸强度、压缩强度、压缩模量、弯曲强度和层间剪切强度等参数。研究结果表明:TDS 型苯并噁嗪耐高温树脂初步满足了固体火箭发动机复杂管路一体化成型工艺技术要求。

铝基复合材料弹性模量研究进展

摘要:随着高端制造领域对轻质高刚度结构材料需求的持续增长,铝基复合材料因其优异的比强度、导热性和可加工性成为研究焦点。然而,传统铝合金弹性模量较低(约70 GPa),难以满足高刚度构件的性能要求。为此,研究者通过引入高模量增强相、优化界面结构与组织致密性等策略,致力于改善其弹性响应性能。本文系统综述了近年来铝基复合材料模量提升的研究进展,重点聚焦于增强相设计(陶瓷颗粒、纳米碳材料等)、界面工程(载荷传递机制与残余应力调控)、微观结构调控(粒径、取向、致密度)及制备工艺(粉末冶金、熔体法、增材制造等)的协同作用机理。特别指出,多尺度杂化增强与结构-功能一体化设计正逐步成为实现模量-强度-韧性协同优化的关键路径。最后,本文展望了模量定向调控策略在智能构件及极端环境服役等领域的潜在应用前景。

陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能

摘要:随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4 层结构的BSAS(Ba0.75Sr0.25Al2Si2O8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300 ℃ 下的相结构和组织演变。利用X 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300 ℃ 高温氧化300 h 保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。

面向复合材料带隙预测的两段式集成学习模型构建

摘要: 带隙是钙钛矿型复合氧化物材料重要的特征参数,对材料的物理化学性质起决定性作用,如导电性能和光电性能等。为了寻找适合不同应用领域的钙钛矿型材料,利用机器学习进行带隙预测是一种重要的研究手段。构建了一个两阶段异质集成学习模型,在第一阶段使用多种不同的基础机器学习器(回归模型)进行预测;在第二阶段把对预测结果影响较大的描述子和基础机器学习器进行集成学习。利用该模型对210种钙钛矿型复合氧化物材料的带隙进行预测,并与多种独立的机器学习算法以及不同集成策略模型的预测性能相对比,评估了本模型的预测性能。结果表明,这种两段式的集成学习模型能够更好地学习到材料数据的内在关系,并具有较好的预测效果和较强的泛化能力。

高熵合金复合涂层研究现状及展望

摘要:高熵合金涂层能在经济实用的基础上发挥高熵合金的优良综合性能,但其强化方式主要为固溶强化,强化效果有很大局限性,因此有必要在高熵合金涂层中引入硬质颗粒实现复合增强,从而得到性能更加优良的高熵合金复合涂层。综述了制备高熵合金复合涂层的主要技术,如激光熔覆技术、等离子熔覆技术和氩弧熔覆技术,重点介绍了直接添加和原位合成硬质颗粒增强高熵合金复合涂层的研究现状,分析了其组织与结构,并分别从硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗高温氧化性这几个方面论述了硬质颗粒对高熵合金复合涂层性能的影响,最后针对高熵合金复合涂层研究中存在的问题进行了总结和展望。

机器学习在复合材料力学领域的应用研究进展

摘要:复合材料因其优异的综合性能在众多领域有广泛的应用。然而,随着复合材料的组成、结构和性能要求变得愈加复杂,以实验研究和计算模拟等复合材料领域传统研究方法,面临成本高、周期长、数据需求大、模型复杂和可解释性不足等问题。机器学习(Machine learning,ML) 方法作为一种人工智能技术,具有自动学习能力、高维数据处理能力、分析预测和分类决策能力,能有效解决上述传统复合材料研究方法存在的问题,被认为是复合材料结构设计、分析与预测中的一种新兴技术,已成为复合材料研究领域的发展趋势。本文综述并评价了ML 方法应用于复合材料力学领域的最新研究成果,重点关注复合材料力学性能预测、结构优化设计和损伤检测3 个方面的研究进展,并对其未来发展方向进行了讨论和展望。

碳化硅纳米线增强钛基复合材料的制备与性能研究

摘要: 采用球磨法将Ti60合金粉末与碳化硅纳米线(SiCnw)混合,通过放电等离子活化烧结工艺制备SiCnw/Ti60复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能力学试验机研究复合材料的组织形貌、物相结构和力学性能。结果表明,在Ti60合金中添加SiCnw后,基体晶粒尺寸显著减小,当SiCnw添加量为0.1% (质量分数) 时,SiCnw/Ti60复合材料的晶粒尺寸较Ti60 合金下降42%,抗拉强度提高2.7%,为1037MPa。SiCnw在晶界处的均匀分布可起到钉扎效应,在拉伸过程中SiCnw承担了基体间的载荷传递,从而提高了SiCnw/Ti60复合材料的拉伸强度。

连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料低成本制备工艺研究进展

摘要:连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,已被广泛应用于航空航天、国防军工和新兴民用等领域,但连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺大多存在成本较高、周期过长等问题,限制其应用和推广,发展低成本制备工艺是推动连续纤维增强陶瓷基复合材料广泛应用的关键。本文简要介绍了连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺现状,总结了反应熔渗、纳米浆料浸渗瞬时共晶、浆料浸渗结合热压等低成本工艺的研究现状,围绕制备工艺优化、复合材料微观结构和性能等方面进行综述,提出了低成本制备工艺的未来研究方向,如熔盐法制备超高温陶瓷界面和反应诱导相分离制备具有孔隙结构均匀的多孔基体,可显著提升连续纤维增强陶瓷基复合材料的综合性能。

超高温复合材料与高温合金钎焊连接钎料选择及残余应力调控研究进展

摘要:超高温复合材料与高温合金异质连接构件不仅可以充分发挥超高温复合材料耐极端高温和轻量化优势,还可以兼顾高温合金优异的加工性能和力学性能,在航空及航天发动机等重大装备领域具有广泛的应用需求. 然而,由于超高温复合材料与高温合金在物理及化学性质上存在显著差异,如何实现二者的高性能、高可靠钎焊连接一直是国内外研究人员关注焦点问题.文中综述了超高温复合材料与高温合金主要钎焊连接方法,阐述了二者钎焊连接时存在的主要难题,并针对存在的难题,从钎料选择与设计、接头残余应力预测与调控等两个方面重点阐述了Cf /C,Cf /SiC,SiCf /SiC 和ZrB2-SiC-C 等超高温复合材料与高温合金的钎焊连接研究进展,在此基础上,对超高温复合材料与高温合金异质钎焊连接的发展方向进行了展望.创新点: (1) 总结了超高温复合材料与高温合金主要钎焊连接方法及存在的主要难题.(2) 从钎料选择与设计、接头残余应力预测与调控等阐述了超高温复合材料与高温合金的钎焊研究进展.

激光复合制造技术研究进展

摘要:激光复合制造技术通过耦合能场/工艺,弥补了单一激光制造的缺点与不足,成为当前激光制造领域的研究热点。提出了激光复合制造技术定义及分类,并从多能场复合与多技术协同两方面介绍了当前国内外激光复合制造技术的发展现状,揭示了多能场、多技术的协同作用机理,阐述了激光复合制造技术的优势,分析了激光复合制造技术面临的挑战与发展趋势。