高强高模聚酰亚胺纤维的空间环境适应性研究及在航天领域的应用前景分析

摘要:高强高模聚酰亚胺(PI)纤维是近年来出现的一种新型高性能有机纤维,具有优异的力学性能、耐高低温性能、低介电、高绝缘、高阻燃、耐辐照等综合性能,在航天、航空、安全防护、核工业等领域具有广阔的应用前景。本工作着重针对高强高模PI纤维在航天领域中的应用需求,特别是在空间环境中的应用特点,分析了其在极端温度、交变温度、粒子辐照、高真空以及长期负载等环境下的性能表现,初步考核了其空间环境适应性,以期为其相关应用提供设计依据。研究结果显示,高强高模PI纤维表现出优异的力学性能、耐高低温、耐粒子辐照、抗蠕变等综合性能,在350℃条件下其拉伸强度和拉伸模量仍分别可达到1.55GPa和27.74GPa,经1.0×108rad(Si)剂量粒子辐照后,拉伸性能保持率高于98%。此外,本工作还结合PI纤维的综合性能表现对其在航天领域的应用前景进行了展望。

航空航天用高品质3D打印金属粉末的研究与应用

摘要:作为金属3D打印的主要耗材,金属粉末对打印产品的质量有着至关重要的影响,航空航天、国防、医疗等领域精密复杂零件的3D打印对粉末性能,如粒度、形貌和纯净度等有着较高的要求。研究并介绍了航空航天领域3D打印用高品质镍基、钴基合金及钛合金等金属粉末的基本要求及主要制粉工艺;对两种常用的高质量金属粉末制备工艺真空感应熔炼氩气雾化法(VIGA)和等离子旋转电极法(PREP)进行了比较。为进一步提高PREP粉的质量,应开发更新一代等离子旋转电极雾化制粉技术及装备,提高细粉收得率和生产效率。

锂离子电池发展现状及其在航空领域的应用分析

摘要:相对于镍镉、铅酸等传统电池,锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、充放电效率高、工作温度范围宽、环境污染小等优点。目前,锂离子电池已广泛应用手机、笔记本等3C设备和新能源汽车领域,在民用飞机、无人机、空间探测器等航空航天领域中也拥有广阔的应用前景。为了进一步拓宽锂离子电池的应用领域,众多研究团队开发出了种类繁多的,性能优异的锂离子电池电极材料;通过深入研究,开发出了具有宽温适应性和超高压适应性的电解液。经过30年的技术攻关与产业化推广,锂离子电池相关产品日渐成熟。为进一步拓宽锂离子电池的应用场景,高性能电极材料的制备和安全电解液体系的构建将是锂离子电池技术发展的重要方向。

航空航天复合材料结构非接触无损检测技术的进展及发展趋势

摘 要:新型复合材料在航空航天领域获得广泛应用,有些甚至已代替金属成为某些核心部件的主要结构材料,此类材料及其构件在结构、材料特性、所需检测条件等方面的特殊性对无损检测技术提出更苛刻、更有针对性的检测需求,如不能使用耦合剂、高效率、高可靠性、实时、直观、绿色环保等,非接触无损检测技术被认为是满足上述检测需求的重要手段,已有多种非接触检测技术为航空航天制造及维护提供服务。本文结合航空航天工业的发展趋势及该领域对新型复合材料的检测需求,就目前国内外研究较热且具有较大应用潜力的多种非接触无损检测技术(包括空气耦合超声检测技术、红外热像技术、激光超声检测技术、散斑干涉技术)进行综述,总结各方法所具有的技术特点、研究进展与应用情况。最后,综合各技术研究现状展望非接触无损检测技术的发展趋势,为此类技术在相关领域的研究与应用提供一定的参考和借鉴。关键词:非接触;无损检测;激光超声;复合材料;红外热像;散斑干涉;空气耦合超声

CFRP碳纤维增强复合材料钢丝螺套连接性能研究

摘要: 碳纤维复合材料结构件在航空航天领域广泛应用,通常在结构件加工通孔后采用螺接或铆接方法进行机械连接,该方法增加了结构件连接重量和连接复杂性。然而,采用复合材料结构件自身加工螺纹孔进行机械连接的方法,存在螺纹孔耐磨性差、承载能力差、连接强度低、螺纹易破损及抗疲劳性能差等问题,极大限制了复合材料螺纹孔的连接使用。近年来,出现了在复合材料结构件机械连接中使用钢丝螺套的方法,在部分程度上提升了复合材料螺纹孔的连接强度。本文针对MT700碳纤维复合材料钢丝螺套的连接性能,通过对钢丝螺套作用及原理分析、有无钢丝螺套复合材料试件的重复拆装试验及拉脱载荷强度试验,详细分析了钢丝螺套连接性能及复合材料螺纹孔破坏形式。结果表明,相比于无钢丝螺套的复合材料螺纹孔,带有钢丝螺套的复合材料螺纹孔明显增强了承载连接性能及耐磨性,拉脱力提升了26%且均匀稳定,降低了螺纹孔破坏风险,拓展了复合材料螺纹孔的连接应用范围。

飞机炭刹车盘制备中各工艺参数对其摩擦磨损性能的影响

摘要:炭/ 炭刹车盘的摩擦磨损性能对飞机获得高能量刹车时的高摩擦磨损特性有重要的影响。通过控制炭/ 炭(carbon/carbon,C/C)复合材料制备过程中各工艺参数可以得到高性能刹车的炭刹车盘。影响C/C 复合材料摩擦性能的因素有很多,综述了国内外研究现状,本文讨论了炭纤维预制体、致密化过程、高温热处理和机械加工对炭刹车盘摩擦磨损性能的影响以及这几个工艺参数的协同作用。

机器学习技术在航空材料领域的应用

摘要:机器学习技术在航空材料领域具有广阔的发展前景,并在材料选择、设计和优化等方面发挥着重要作用。首先简要论述机器学习技术在航空领域中的优势和潜力,概述机器学习的技术发展、算法类别和特征及其局限性,介绍机器学习在科学研究中,特别是复杂材料数据形式下的常规的或潜在的应用。其次,主要关注机器学习在航空材料领域的研究现状,探讨近年来利用机器学习辅助高温合金材料、高强度结构材料、热防护涂层材料及功能与智能材料的研究进展,并阐述机器学习驱动航空材料研究的策略和方法。最后,对机器学习辅助航空材料研发所面临的挑战进行展望,通过推动数据资源的开放共享、深化领域知识和物理规律在机器学习模型中的融合,以及不同类型数据的特征一致性转换,助力航空材料研究向大数据驱动的材料科学第四范式转型。

空间环境对高性能纤维力学性能及结构的影响

摘要:增阻球离轨是一种处理低地球轨道(LEO)空间碎片问题的有效手段,采用高性能纤维一体化织造工艺制作增阻离轨球能够有效改善拼接结构的曲面不规整问题。在离轨周期中,高性能纤维材料将长期受到低地球轨道中高低温交变、原子氧(AO)辐照等环境因素的影响。为探究LEO 环境中高低温交变和原子氧辐照两种主要的空间环境因素对高性能纤维结构和性能的影响,选择空间环境适应性好的纤维进行织造,测试研究了聚酰亚胺纤维、聚芳酯纤维Vec-tran、聚芳酯纤维Yokolar 3种有机高性能纤维经过高低温交变处理和原子氧辐照处理的力学性能、表面形貌及化学结构变化。高低温交变处理后3 种纤维强力降低,但强力保持率均高于70%;纤维表面观察到轻微的颗粒、沟槽等缺陷;红外光谱特征峰形状无明显变化,化学结构基本稳定。原子氧辐照后3 种纤维的力学性能损失幅度均高于40%,且发黏变硬、柔性变差;聚酰亚胺纤维表面存在大量凹凸起伏和粗细不匀且有明显的侵蚀孔洞,在两种聚芳酯纤维表面观察到原纤化劈裂和剥离;处理后纤维的红外光谱中出现新的特征峰,部分原有特征峰强度减弱或消失,3 种纤维的化学结构均被破坏。3种高性能纤维均具有较好的耐高低温性能,但原子氧辐照对3 种纤维的结构和性能均造成了严重破坏,需要进一步探究高性能纤维原子氧防护的处理方法。

航空航天先进制造理论与技术研究现状及趋势

摘要:先进制造理论与技术是科技进步和社会发展的基石,也是支撑航空航天工业及国防建设的基础,同时也是促进高端装备革新的关键。但是,随着新材料新结构的发展,传统制造技术难以满足航空航天领域关键零部件加工要求。因此,先进制造理论与技术成为航空航天领域的重要研究方向,获得了快速发展。首先介绍了航空航天先进制造理论与技术的内涵和特点,总结了高速/超高速加工、精密成形制造、微细与纳米加工、原子及近原子尺度加工、现代特种加工、快速原型制造以及绿色制造等航空航天领域典型先进制造理论与技术的基本原理、应用领域以及适用材料范围。其次,归纳了先进制造理论与技术的最新研究进展,包括高速高效加工技术、高性能复合加工技术、智能控制加工技术、大型化、微型化以及新兴材料技术。再次,深入探讨了当前先进制造理论与技术所面临的主要挑战和未来的发展趋势。随后,阐述了先进制造理论与技术的工程应用和设计制造一体化,并强调其在航空航天制造领域的重要地位。最后,分析了航空航天新一代先进制造理论与技术涉及的前沿领域,明确未来发展要点,指出重点发展方向。

TiAl基合金高温防护及热障涂层体系研究进展

摘要:TiAl基合金以其低密度、高比强度、耐烧蚀、良好的高温力学性能等优点成为新型轻质高温结构候选材料,自20世纪70年代以来备受关注。随着各种强韧化措施的研究不断深入,TiAl基合金的室温脆性问题逐步得到了解决。TiAl基合金成功应用于航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼、汽车排气阀等。然而,TiAl基合金高温抗氧化性能不足,限制了其作为高温零部件的应用。目前,主要通过整体合金化以及表面改性两种方式来改善TiAl基合金的高温抗氧化性能。整体合金化是在合金中添加Nb、Si、Mo、W、稀土等合金元素,促使合金表面形成致密的氧化层并提高氧化层与基体的结合力;表面改性主要包括表面合金化和表面涂层两种途径,表面合金化技术一般采用热扩散、离子注入、预氧化、激光表面合金化等方法,表面涂层技术是利用不同种类的涂层改善基体的表面性能,例如Ti-Al-X体系涂层、MCrAlY热障涂层、陶瓷涂层、复合涂层。热障涂层,作为一种表面改性中的涂层材料,具有优异的抗氧化性能以及长期服役性能。当应用于TiAl基合金表面时,热障涂层能够有效提升合金的高温抗氧化性能。但两者结合也存在如下问题,热生长氧化物的过度生长导致界面失效,以及涂层与基体元素互扩散严重,导致热障涂层/TiAl合金体系长期服役性能减弱。本文归纳并分析了TiAl基合金的高温氧化行为,分别从整体合金化以及表面改性两个方面综述了TiAl基合金高温防护的影响因素和作用机理,分析了热障涂层应用在TiAl合金表面所面临的问题并提出了改进方案,以期为提高TiAl基合金的抗高温氧化性能及发展热障涂层/TiAl合金体系提供参考。