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金属增材制造质量控制及复合制造技术研究现状

金属增材制造质量控制及复合制造技术研究现状

摘要：相比传统制造工艺，增材制造能够实现复杂结构金属部件的近净成形。然而，增材制造具有冷却速度快、热梯度大、非平衡凝固与往复热循环历史等特点，容易存在孔洞、残余拉应力、各向异性等缺陷，极大限制增材制造的进一步应用。复合增材制造技术是将传统制造方法与增材制造有机结合，充分发挥传统制造工艺在性能调控与尺寸精度等方面的优势，抑制单纯增材制造引起的各类缺陷，获得高质量、无缺陷的增材制造部件。本文首先揭示增材制造工艺缺陷的形成机理，明确工艺参数优化方法在缺陷改善方面的局限性，进而阐明复合增材制造的内涵，综述近年来增材制造与轧制、激光冲击强化、热等静压、热处理等复合制造技术的研究现状与工艺原理，探讨复合增材制造技术对不同缺陷的适用性，并对增材制造未来发展方向进行了展望。
新材料 2024年08月29日
大尺寸非晶合金的成分设计和新制备方法研究进展

大尺寸非晶合金的成分设计和新制备方法研究进展

摘要： 非晶合金，又称为金属玻璃（MG），是一种新型的多功能材料，具有长程无序，短程有序的原子结构。由于不存在晶粒、晶界及位错等缺陷，非晶合金具备一系列优异的综合性能，在众多领域有着极大的应用前景，受到众多学者的广泛关注。但非晶合金的形成受到玻璃形成能力以及冷却速率的限制，使得该材料的尺寸远小于传统金属材料，极大地限制了其在工程领域的推广及应用。针对如何突破非晶合金尺寸限制的问题，研究学者们给予了充分的关注及和研究。简要介绍了非晶合金的发展历史，总结了临界尺寸≥15 mm的非晶合金成分及其制备方法，同时阐述了获得较大尺寸非晶合金的策略，包括根据经验准则、高通量制备及表征、机器学习得到高玻璃形成能力（GFA）的合金成分设计方法以及低温热塑性连接、 焊接、放电等离子烧结及3D打印的获得大尺寸非晶合金的制备技术，并对这些方法的发展提出展望。
新材料 2024年11月05日
新型石墨烯基LED器件：从生长机理到器件特性

新型石墨烯基LED器件：从生长机理到器件特性

摘要：III族氮化物因具有禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和漂移速度大、稳定性高等优异特性而广泛应用在发光二极管(LED)、激光器以及高频器件中。目前III族氮化物薄膜通常是异质外延生长在蓝宝石衬底表面，但是由于蓝宝石与III族氮化物之间存在较大的晶格失配与热失配，使得外延生长的III族氮化物内部存在较大的应力与较高的位错密度，严重影响了器件性能；与此同时，蓝宝石衬底热导率差，限制了其在大功率器件方面的应用。近年来研究发现，石墨烯作为外延生长缓冲层，能够有效解决蓝宝石衬底与外延III族氮化物薄膜之间由于晶格失配和热失配导致的高应力与高位错密度等问题，进而获得了高品质薄膜，并提升了器件的性能。本文综述了石墨烯/蓝宝石衬底上III族氮化物生长与LED器件构筑的研究现状，着重介绍了本课题组提出的一种新型外延衬底—石墨烯/蓝宝石衬底的特点，阐明了III族氮化物在该新型衬底上的生长机理，总结了其对III族氮化物质量提升的作用，并对其发展前景进行了展望。
新材料 2024年05月06日
熔覆方式对电弧增材制造高强耐磨层性能的影响

熔覆方式对电弧增材制造高强耐磨层性能的影响

摘要：采用熔化极气体保护(MAG)焊熔覆得到以Q345钢为基体的耐磨复合板。设计了两种熔覆方案：一种是焊道之间无覆盖，另一种是焊道之间有覆盖(覆盖率约50%)。其他工艺条件为：电流160~180A，电压20~24V，保护气体流量10~15 L/min，熔覆速率450mm/min，干伸长度16 mm。采用金相显微镜和光学显微镜分析了熔覆层、熔合区和热影响区的组织结构。对比了采用不同方案所得熔覆试样的显微硬度、耐磨性和冲击韧性。结果表明：两种熔覆方案获得的复合板外观均良好，无明显缺陷，且以马氏体组织为主。采用方案一时复合板具有较好的韧性，但熔覆层的硬度略低，耐磨性较差；采用方案二所得复合板的韧性不如方案一，但硬度较高，耐磨性更好。
新材料 2024年05月07日
高密度超长碳纳米管的可控制备：进展与展望

高密度超长碳纳米管的可控制备：进展与展望

摘要： 碳纳米管因其优异的力学、电学、热学和光学性能，在碳基集成电路、超强超韧纤维、机械储能、柔性可穿戴设备等众多尖端领域拥有广阔的应用前景。碳纳米管的单体结构和微观形貌（如长度、取向度、缺陷浓度、洁净程度等） 对其基础物理性质有显著的影响。在各类碳纳米管中，只有具有宏观长度、低缺陷浓度和高取向度的超长碳纳米管才能充分体现和发挥其本征的性能优势并满足很多尖端领域对其结构和性能的严格要求。实现超长碳纳米管实际应用的关键在于实现其大规模制备，然而其目前的产率远远无法满足应用需求，因而其在高密度、高产率制备方面依然面临很多挑战。深入讨论了超长碳纳米管的生长机理，分析了超长碳纳米管产率低的原因，系统总结了高密度超长碳纳米管的制备方法，并介绍了目前在超长碳纳米管实际应用方面的最新进展。另外，还总结了超长碳纳米管制备领域所面临的科学和技术挑战，并对未来的发展方向进行了深入的讨论。
新材料 2024年10月29日
石墨烯纤维的制备与应用

石墨烯纤维的制备与应用

摘要:石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式结合形成的单原子层厚度的二维纳米碳材料，具有优异的力学、电学、热学、磁学等性能，是当前研究的热点和焦点。石墨烯纤维是石墨烯纳米片层在一维受限空间的组装体，使得石墨烯在纳米尺度的优异性能遗传到宏观尺度，极大地拓展了石墨烯的应用领域。自2011 年首次制备获得石墨烯纤维以来，至今为止已经开发了以湿法纺丝为代表的多种制备方法，并且石墨烯纤维已经在能量转换、能量存储、传感响应等领域取得了一系列应用。归纳整理了石墨烯纤维的制备方法和应用，同时总结了石墨烯纤维目前存在的问题以及未来发展的展望。
新材料 2024年05月06日
超轻纳米纤维气凝胶的制备及其应用

超轻纳米纤维气凝胶的制备及其应用

摘要：超轻纳米纤维气凝胶是一种以一维纳米纤维为基本构筑单元的新型气凝胶材料,相比于传统气凝胶,其不仅具有更高的孔隙率和更低的密度,还拥有更优异的机械性能和理化性质,因此该材料的先进制备技术和在新兴领域的创新性应用是近年来超轻气凝胶领域的研究热点。本文结合国内外研究现状,按照材料体系分类系统综述了超轻纤维气凝胶的制备方法、结构特点以及在隔热、吸附、电化学、传感和生物医学等领域的重要应用,提出了现阶段该材料面临的一些挑战,并展望了其在未来的发展方向。
新材料 2024年05月07日
中子表征技术在金属结构材料研究中的应用

中子表征技术在金属结构材料研究中的应用

摘要： 结构材料的原子结构、微观组织与宏观性能的关联性是材料研究的核心问题之一，历久弥新。近年来，加速器基中子源大科学装置的建设和相关实验技术取得了长足进步，这为在实时原位条件下深入研究该问题提供了良好的基础。本文介绍了中子衍射、Bragg边成像、小角中子散射、对分布函数分析、准弹性/非弹性中子散射等主要中子表征技术在结构材料中应用的最新进展，着重论述了钢铁材料相变内应力起源与演化、镁合金等轻金属材料的变形机制、基于Bragg边成像的微观结构及残余应力分析，并对今后发展趋势进行了简要展望。
新材料 2024年10月17日
石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器的设计、组装及性能

石墨烯气凝胶全柔性触觉传感器的设计、组装及性能

摘要：针对柔性触觉传感器存在的设计难度大、抗干扰性差、不易封装以及线路布置困难等问题, 基于Storakers材料模型的应变能密度函数发展了一种基于石墨烯气凝胶(graphene aerogel, GA)的具有“气泡膜”结构的全柔性触觉传感器的设计方法. 通过模拟分析发现, 相对于“三明治”结构, “气泡膜”结构的GA柔性触觉传感器具有更好的抗干扰性. 在此基础上, 设计并组装了“气泡膜”结构的GA全柔性触觉传感器, 通过实验证实该GA全柔性触觉传感器具有优异的传感特性、力学特性和抗干扰特性. 同时, 设计开发了压阻式传感阵列的信号采集系统, 并成功实现了其对力的大小、物体位置和形状等信息的实时采集和传感监测.
新材料 2024年08月28日
高熵合金基复合材料的研究进展

高熵合金基复合材料的研究进展

摘要：高熵合金自2004年被提出以来,由于其表现出比传统合金更为优异的综合性能,在航空航天、石油化工等领域具有潜在的应用前景,逐渐成为金属材料领域的研究热点。在高熵合金基体中引入合适的增强相形成高熵合金基复合材料(HEAMCs),已成为改善高熵合金综合性能的方法之一。本文综述了近年来国内外关于高熵合金基复合材料的研究现状,就其增强相选择、制备工艺、相结构和组织进行系统的介绍,并归纳了包括强塑性、硬度以及耐磨耐蚀性等高熵合金基复合材料性能的演变规律以及强化机制,最后指出了当前高熵合金基复合材料面临的挑战并展望了未来的研究方向:增强相和基体之间的润湿性严重影响大尺寸复合材料的制备及性能,寻找一种高效简易的方法制备大尺寸复合材料是目前高熵合金基复合材料需要解决的一个问题;增强相颗粒会导致塑性下降,金属基复合材料强度与塑性之间的平衡也有待研究。
新材料 2024年01月19日