铱衬底上金刚石外延形核与生长:第一性原理计算

异质外延为金刚石晶圆合成提供了一个有效的实现路径,而Ir衬底上金刚石形核生长技术经过20多年的发展已经有能力制备最大直径为3.5英寸的晶体,开启了金刚石作为终极半导体在电子信息产业应用的大门。然而,表面形核、偏压技术窗口、金刚石外延生长等一系列发生在异质衬底上的问题都需要从生长热力学的角度给予解释。本研究针对化学气相沉积气氛中金刚石如何实现外延形核与生长这一关键问题,利用第一性原理计算从原子尺度对金刚石形核生长过程展开了系列探究。研究结果如下:C原子在Ir衬底表面位点吸附比在体相位点吸附更稳定,表明无偏压条件下金刚石形核只能在衬底表面发生;离子轰击作用下非晶氢化碳层中sp3杂化C原子个数随着离子动能的增加呈现先增大后减小的变化规律,证实了金刚石高密度形核存在一定的离子动能与偏压大小窗口;金刚石沿着Ir衬底外延生长时界面结合能最低(约为–0.58 eV/C),意味着界面结合能是决定外延形核生长的主要热力学因素。本研究阐明了偏压辅助离子轰击促进金刚石单晶外延生长的热力学机制,对于指导金刚石及其他碳基半导体生长具有重要意义。

梯度功能材料的研究进展及展望

梯度功能材料是一种新型的功能复合材料,它的两侧由不同性能的材料组成,中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化,从而使材料的性质和功能也沿厚度方向呈梯度变化,克服了不同材料结合的性能不匹配因素,使两种材料的优势都得到充分发挥。文中介绍了梯度功能材料的概念及开发背景,着重评述了梯度功能材料在制备方法、性能评价和应用等方面研究的新进展及功能梯度材料在国内外的研究成果,并展望了其未来的发展前景。

超高温材料的研究进展

先进的超高温材料具有独特的综合性能,能够适应高超音速长时飞行、大气层再入、跨大气层飞行和火箭推进系统等极端环境。综述了难熔金属、陶瓷基复合材料及炭-炭复合材料等超高温材料的研究和应用现状,分析了目前存在的问题,提出了今后的研究方向。

大尺寸轻型SiC光学反射镜研究进展

本文比较了光学玻璃、硅、铍 ,碳化硅等太空反射镜片材料的物理性能和机械性能 ,着重介绍了新型光学反射镜片材料碳化硅的种类、制造工艺和应用 ,并讨论了碳化硅作为太空反射镜片材料目前存在的问题及发展方向。

金属/陶瓷梯度涂层工艺现状

综述了梯度涂层的多种制备工艺，包括各工艺的基本原理、特点和应用现状，并提出了梯度涂层工艺中现存的主要问题。

高超声速飞行器两类典型防热材料的性能表征与评价

针对高超声速飞行器翼前缘用超高温陶瓷材料及机身大面积金属热防护结构材料在高温环境下的力学响应分析与评价方法进行了全面的回顾和总结.综述了大面积金属热防护系统在传热、静力学、热力耦合性能、疲劳性能及抗冲击性能等方面国内外的研究进展;以及超高温陶瓷材料在热冲击、增韧机制、抗氧化性能等方面评价与表征技术,并结合国内研究状况展望了今后的发展方向.

新型轻质热防护复合材料的研究进展

针对未来深空探测飞行器对轻质复合材料的需求,总结了国内外航天防热复合材料的最新研究进展,提出了飞行器轻质热防护复合材料和充气式再入减速器热防护复合材料的设计、制备、考核和评价方法。重点介绍了两类新型轻质热防护复合材料设计、纳/微米结构调控和极端环境考核的阶段性研究成果,揭示了服役环境-结构设计-材料制备-性能评价-系统集成的相关性,为我国载人航天复合材料与结构的快速发展提供技术支撑。

多向细编碳／碳复合材料界面力学性能测试与表征

本文用自制装置研究了多向细编Ｃ／Ｃ复合材料纤维束性能，分析了工艺过程的影响。同时用界面微脱粘实验技术研究了Ｃ／Ｃ复合材料界面性能，给出了相应的理论模型和界面应力分布，提出了由界面脱粘力，纤维、基体和复合材料性能表征界面剪切强度的方法，为Ｃ／Ｃ复合材料优化设计提供了定量参数。结果表明：织物结构、织物编织工艺以及织物／基体复合对纤维的强度影响很大，降为原始纤维的２０％左右，对模量影响小。不同界面层次，纤维／基体的界面结合情况和界面剪切强度不同，Ｚ向纤维束中纤维／基体结合好，具有最高的结合强度，ＳＥＭ观察证实有大量基体碳在纤维上枝联。

新型ARMOR热防护系统

热防护系统是保证航天运载器安全、快捷、经济飞行的关键技术之一。在经历了C/C与陶瓷基复合材料等热防护结构后,一种新型的热防护系统应运而生-ARMOR(Adaptable,Robust,Metallic,Operable,Reusable)热防护系统(TPS)。ARMORTPS是一种可适应的、坚固的、金属性的、可操作的、可重复使用的新型热防护系统。它具有易于安装、使用寿命(耐久能力)长、材料的兼容性好、维修时间短等许多特点,是RLV的重要的候选热防护系统之一。本文介绍了热防护系统的发展现状和要求。着重介绍了ARMORTPS的基本结构,连接方式和密封方法等特点。目前ARMORTPS外面板采用的材料为inconel617等材料,未来热防护系统外面板的候选材料为γ～TiAl和微叠层等材料。最后总结了ARMORTPS的优点。

碳／碳复合材料研究的现状和进展（一）

本文综述了碳／碳复合材料的加工工艺、力学性能与军事应用，包括碳／碳复合材料织物结构设计与编织、致密化技术、力学性能研究、航空航天领域的应用等内容，并展望了其发展方向。

多向碳／碳复合材料超高温力学性能测试技术研究

本文系统地运用超高温力学性能测试的理论，通过对Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟验机的改装，建立了高达２８００℃碳／碳复合材料加热、测控温、加载、数据采集和处理一体化的快速通电加热测试技术，着重介绍了各分系统改装的原理和方法。

细编穿刺碳／碳复合材料超高温氧化机理研究

研究了细编穿刺碳／碳复合材料高达３０００℃下的氧化与烧蚀。根据ＸＰＳ，ＳＥＭ和ＸＲＤ对烧蚀产物的微观分析建立了相应的非平衡烧蚀模型，提出了碳氧化的微观机理。

多向编织碳／碳复合材料的强度与断裂

本文研究了细编穿刺三向Ｃ／Ｃ复合材料的拉压特性，分析相应的微观破坏模式，实测了Ｃ／Ｃ复合材料中Ｚ向纤维束力学性能的统计分布规律。结果表明：细编穿刺三向Ｃ／Ｃ复合材料在拉伸和压缩载荷作用下具有双模量和呈现非线性。Ｚ向强度受穿刺纤维束纤维根数和间距控制，用最弱环连接理论考虑Ｚ向纤维强度的统计分布，预报σ─ε关系与实验符合较好。ＸＹ向强度由碳布强度贡献，其破坏主要是碳布层间的拉剪断裂。

高速导弹红外窗口失效研究概述

红外窗口是高速导弹结构功能一体化的关键部件,其恶劣的工作条件可能导致窗口结构和功能上的失效乃至整个红外探测系统的瘫痪,因此对窗口材料的失效研究也变得越来越重要。总结了红外窗口失效问题的国内外研究现状,从设计理论、相关实验两个方面进行分析汇总,并对红外窗口的未来发展趋势进行了展望。

用EB-PVD法制备Ti-Al/Nb层板复合材料的研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了0.2mm厚由24层Ti-Al和23层Nb交替叠加而成的Ti-Al/Nb层板复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,对其物相组成和断口形貌等与Ti-Al单层材料进行了对比分析。结果表明,Ti-Al/Nb层板复合材料的界面明晰,层间距约为8μm;Ti-Al层由γ相和τ相组成,其成分呈梯度变化,且平均成分与原始铸锭的成分偏差较大,但未发现Ti-Al单层材料中看到的分层现象;Ti-Al/Nb层板复合材料具有比Ti-Al单层材料更好的韧性。

混杂C/C复合材料的烧蚀性能

利用等离子体火炬为高温热源,研究了混杂C/C复合材料的烧蚀性能。结果表明:随着烧蚀区域从火焰中心到边缘的变化,材料的烧蚀特性从中心区域的以热力学烧蚀为主向靠近边缘区域的以热化学烧蚀为主过渡;碳基体和碳纤维的抗热力学烧蚀性能相当,而碳纤维的抗热化学烧蚀特性则明显优于碳基体。

自蔓延高温合成的理论与研究方法

本文综述了自蔓延高温合成燃烧波的结构和特征，燃烧速度和转化率的方程，各种ＳＨＳ图式的边界判据，影响自蔓延高温合成的主要动力学因素。

TiB_2-Cu复合材料燃烧合成与二次致密化行为

采用燃烧合成技术制备了相对密度为 90 %左右的TiB2 4 0Cu金属 陶瓷复合材料 ,为了进一步提高复合材料的力学性能 ,研究了TiB2 4 0Cu金属 陶瓷高温压缩弹塑性变形行为 ,证明了高陶瓷体积分数下金属陶瓷在高温环境下具有一定的塑性行为。分别在 10 5 0℃、 10 90℃、 115 0℃对复合材料进行二次热压烧结 ,详细研究了工艺参数对TiB2 4 0Cu复合材料二次热压变形、组织特征及力学性能的影响。结果表明 :经过二次热压后 ,材料的相对密度和弯曲强度有了较大幅度的提高 ,在 10 90℃时 ,材料的相对密度达到了 96 % ,弯曲强度达到6 0 5 5MPa。并从宏观和微观上分析了致密化机理 。

SiC光学反射镜发展现状

综述SiC作为光学反射镜材料在设计、制造、光学加工和应用方面的发展现状,同时对今后SiC作为光学镜片材料的发展趋势进行了展望。