透视/遮阳/控温/红外隐身多功能集成序构薄膜研究

为了解决光学材料多功能耦合与集成的光谱诉求及其材料设计冲突难题,本文提出一种基于[TiAlN/Ag]^(2)/TiAlN序构复合薄膜开展可见光透射诱导与红外辐射抑制的协同设计方法,诠释序构薄膜材料多功能耦合的新原理与新机制,并对其光学兼容性能测试表征。研究表明,构筑的[TiAlN(厚度为30 nm)/Ag(厚度为15 nm)]^(2)/TiAlN(厚度为30 nm)序构复合薄膜具备带通状选择性透射与中远红外低辐射的光学特性,可较好实现透视、遮阳、低辐射控温与红外隐身多功能兼容效果,在军用车辆、绿色建筑等特种玻璃的辐射控温与红外隐身领域有应用潜力。

CNTs-SiC/Al_2O_3-TiO_2复合涂层的制备及其性能

采用微弧等离子喷涂技术制备了CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合涂层,借助SEM、X射线衍射、仪热分析仪和网络分析仪对CNTs-SiC/Al2O3-TiO2涂层的组织结构、高温氧化性能、电磁特性进行了测试分析.结果表明:多功能微弧等离子喷涂枪内中心轴向送粉方式制备的CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合涂层的组织结构致密、孔隙率低,SiC和CNTs的物相也保留下来.CNTs-SiC/Al2O3-TiO2涂层的高温氧化性能有所提高,涂层在35～700℃升温阶段失重率为0.71wt%,700℃恒温氧化60min后失重率为0.41wt%.随着频率的增加,CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合粉末的介电常数的实部从17.3下降到10.3,而虚部在6.3～2.9之间,具有频散效应.制备的CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合涂层在一定的范围内随着涂层厚度的增加,吸波能力显著提高,其谐振频率不断向低频移动.

微弧等离子喷枪电热特性分析

等离子喷枪的电弧伏安特性和热效率等电热特性是影响等离子喷涂质量的重要因素,文中根据自行研制的微弧等离喷涂系统,开展等离子喷枪的电热特性研究,分析了不同进气方式下的电弧伏安特性以及微弧等离子喷枪的热效率.结果表明,等离子喷枪在不同进气方式下均呈现下降的伏安特性,在相同电流和气体流量条件下,直流和切向混合进气方式下喷枪的电弧电压要高于单独采用直流和切向进气时电弧电压,电弧具有更高的能量密度.微弧等离子喷枪热效率为56%～76%,喷枪射流热焓为3.28～11.16 kJ/g.

微弧等离子表面强化处理对45^#钢磨损性能的影响

采用微弧等离子作为热源对45#钢进行表面硬化改性处理,运用扫描电子显微镜,观察和分析了磨损试验后其磨损表面形貌,测试了45#钢基体和45#钢淬火硬化层的干滑动磨损性能,探讨了硬化层的磨损机制。结果表明:经微弧等离子表面强化处理,45#钢淬火硬化层晶粒细小,组织致密,为板条状和针状马氏体混合组织,硬度由45#钢基体的HV200提高到HV600以上,磨损体积由45#钢基体的743.44×10-11m3减小到81.86×10-11m3,耐磨性提高了9倍。硬化层滑动磨损机制主要为氧化磨损和轻微的磨粒磨损。

热喷涂技术的研究进展

从喷涂设备、涂层应用和质量监控方面综述热喷涂技术的发展现状,重点介绍了等离子喷涂、超音速电弧喷涂、超音速火焰喷涂以及冷喷涂技术的最新进展;提出了制备热障、纳米、非晶、超导及隐身功能涂层将成为研究热点;指出利用各种先进的声、光、电、磁无损检测技术,对涂层性能进行在线诊断、评估质量和预测寿命的研究方向;并对热喷涂技术的发展趋势进行了展望。

微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al_2O_3-TiO_2复合涂层高温性能研究

采用等离子喷涂技术制备了5wt%CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层,借助SEM、热红联仪和RAM反射率测试系统对CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的组织结构、高温氧化性能、电磁特性进行了分析.结果表明:CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的组织结构致密、孔隙率低,CNTs分散均匀,碳纳米管与Al2O3-TiO2陶瓷粘结剂之间具有良好的界面相容性.在20～700℃高温氧化过程中,CNTs起始失重温度为471.29℃,CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的高温氧化性能有一定提高,起始失重温度从471.29℃提高到507.8℃,而碳纳米管的失重率从100%下降到33.68%.CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层具有较好的高温吸波性能,25℃时复合涂层的反射率峰值为-7.86dB.随温度的升高,CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的反射率峰值不断减小,谐振频率向低频移动,300℃时复合涂层的反射率峰值为-12.88dB,小于-5dB频带宽为4.48GHz.

微弧等离子喷涂AT13纳米涂层的工艺优化

根据微弧等离子喷涂在不同工艺参数下制备的AT13纳米涂层结合强度和显微硬度的测试结果,运用遗传神经网络算法对喷涂工艺参数与涂层结合强度和显微硬度之间的非线性关系进行建模与仿真,并应用遗传算法和多目标优化理论对AT13纳米涂层的性能进行了优化．研究结果表明,仿真值与实验值相一致,相对误差<0．5％;喷涂电流、Ar流量和Ar压力分别为150A、0．64m3／h和0．38MPa．时,AT13纳米涂层综合性能最佳．

微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al_2O_3–TiO_2复合涂层

根据"一专多能"的设计思想,研制了多功能微弧等离子喷涂系统。该系统除具有喷涂功能外,还具有焊接、切割、淬火等用途。所设计的微弧等离子喷枪采用了独特的气路结构、喷嘴结构和中心轴向送粉方式;设计的电源运用了IGBT高频逆变技术、微电脑控制技术和软开关变换技术等,具有体积小、质量轻、抗干扰强、可靠性高等特点。运用多功能微弧等离子喷涂系统制备了碳纳米管/纳米Al2O3–TiO2复合吸波涂层。结果表明,涂层厚度为1.5mm时,碳纳米管/纳米Al2O3–TiO2复合涂层的吸波能力最佳,最小反射率为-22.14dB,小于-10dB的频带宽为4.00GHz。

高载荷条件下石墨-石墨摩擦副的摩擦学特性研究

利用研制的高载荷条件下摩擦因数测试装置，研究了石墨／石墨摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦学特性。结果表明：在4～15MPa范围内，随着载荷的增加，摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦因数都逐渐降低；在油介质中摩擦副的摩擦因数最小，在水介质中摩擦因数变化最平稳，在空气中摩擦因数最大，且随载荷的增加变化幅度最大。磨损表面原始形貌对比分析表明，在空气中，摩擦副表面处于边界润滑状态，主要磨损机制是粘着磨损和犁削；水润滑条件下为轻微犁削；油润滑条件下，摩擦副表面处于为边界润滑和流体润滑状态，油中的减摩剂对试样表面有抛光作用。

热喷涂镍-铬基涂层的高温氧化性能

为了提高钢体结构材料的高温氧化性能,采用超音速电弧喷涂技术和微弧等离子喷涂技术,在45钢基体上分别制备了Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层,对45钢基体、Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层进行了1100°C高温氧化实验,采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法研究了涂层的氧化性能。结果表明,Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层高温氧化后,表面组织结构致密,与45钢基体相比,具有更优良的抗高温氧化性能。

微弧等离子45钢表面淬火硬化层性能分析

运用均匀设计试验法,制定了以电弧电流、喷枪移动速度、气体流量、喷枪与工件间距为参数的淬火工艺试验方案,实现了微弧等离子45钢表面淬火强化.利用金相显微镜、电子扫描显微镜、显微硬度计、磨损试验机等试验手段,重点围绕淬火硬化层显微组织、力学性能以及硬化机理进行了较为系统的试验研究.结果表明,微弧等离子淬火热影响区小,试样冷却速度大,硬化层晶粒细小,组织致密,为板条状和针状马氏体混合组织,硬度由45钢基体的200HV0.2提高到600HV0.2左右,耐磨性提高了8.5～26.7倍.

镍-铬基及其复合涂层的冲蚀磨损性能研究

采用超音速电弧喷涂技术和微弧等离子喷涂技术,在45钢基体上分别制备了Ni-Cr基复合涂层和Ni-Cr/ZrO2梯度涂层。研究了涂层的冲蚀磨损性能,并对涂层的冲蚀磨损形貌及冲蚀磨损机理进行了分析。结果表明,随着冲蚀角度的增大,Ni-Cr基复合涂层与Ni-Cr/ZrO2梯度涂层的冲蚀率都呈现先增加后减小的趋势,并且大约在60°冲蚀角时,冲蚀率达到最大值。

多功能微弧等离子喷涂对改进涂层组织和性能的作用

分别采用自行研制的多功能微弧等离子喷涂和传统的Metco 9M等离子喷涂制备了Al2O3＋13％TiO2（简称AT13）涂层，利用扫描电镜、X射线衍射仪以及显微硬度计等分析测试了AT13涂层的组织结构和性能，探讨了枪内中心轴向送粉方式对AT13涂层性能的影响。结果表明，多功能微弧等离子喷涂枪内中心轴向送粉方式制备的AT13涂层粉末粒子熔化充分，涂层主要物相为α—Al2O3、γ-Al2O3、Al2TiO5、ZrO2和CeO2等，显微硬度分布范围为975～1441MPa，平均结合强度为42．7MPa；而Metco 9M等离子喷涂外送粉方式制备的AT13涂层中存在部分未熔纳米AT13粉末粒子，主要物相有α-Al2O3、γ—Al2O3、Al2TiO5、TiO2、ZrO2和CeO2等，显微硬度分布范围为655～946MPa，平均结合强度为19．7MPa。结果显示多功能微弧等离子喷涂采用枪内中心轴向送粉能够制备出更加优异性能的AT13涂层，有利于拓宽AT13涂层在工业领域中的应用。

不同管径碳纳米管电磁特性与吸波性能研究

采用HP-8510B微波矢量网络分析仪测试了种不同管径碳纳米管(CNTs)的电磁参数,并对三者的电磁参数进行比较。结果表明CNTs的管径不同,其电磁性能也有所变化,随着CNTs管径增加,其复介电常数虚部不断增加,在10～18GHz高频段,管径为30～50nm的CNTs介电损耗角正切较大。根据电磁波传输线理论计算了3种碳纳米管的反射率曲线,厚度为2.0mm时,管径为30～50nm的CNTs的吸波性能最佳,模拟反射率峰值为-26.24dB;管径为20～30nm的CNTs模拟反射率峰值为-12.52dB;管径50～80nm的CNTs模拟反射率峰值为-24.1dB。

液压制动轮缸活塞卡滞原因分析及预防措施

制动轮缸是汽车液压制动系统中的重要部件之一，他借助压缩空气的作用，为制动蹄提供必要的机械力量，以实现汽车的制动或减速。因此，其技术状况的好坏，直接影响汽车的制动性能和行驶中的安全。

SiC吸收剂电磁参数及吸波性能研究

采用HP-8510B微波矢量网络分析仪测试了超细SiC、SiC晶须和纳米SiC的电磁参数，并对三者的电磁参数进行了比较，结果表明粒径较小的纳米SiC的电磁参数在大部分所测试频段上均高于其余二者。根据电磁波传输线理论计算了3种SiC吸收剂的反射率曲线，发现纳米SiC的吸波性能明显优于超细SiC和SiC晶须。纳米SiC吸收剂的吸收峰随着厚度的增加而增大，谐振频率随着厚度的增加而向低频转移。纳米SiC吸收剂在涂层厚度为5．0mm时，吸收峰值可达8．45dB，谐振频率为7．12GHz，小于-5dB的频宽为1．8GHz。

超材料吸波体及其3D打印制造研究进展

超材料吸波体由于其独特的电磁特性和较强的结构设计性等优点,成为电磁吸波领域的研究热点。而3D打印技术能够突破传统制造方式的缺陷,极大地提高设计自由度,因此利用其制备超材料能够实现结构与功能的一体化,逐渐成为超材料吸波体领域的重要发展方向。本文阐述了基于等效介质理论的超材料吸波体吸波机理,介绍了超材料吸波体在宽频吸波、极化和角度不敏感、动态可调性等方面的研究现状,进而归纳了3D打印超材料吸波体的研究进展以及现阶段3D打印超材料吸波体研究中存在的问题,并从吸波性能、结构设计、应用发展三个角度对3D打印超材料吸波体的未来发展进行了展望。

催化剂含量对球磨退火法制备氮化硼纳米管形貌及产率的影响

以氧化硼、氨气为反应原料,铁粉或镁粉为催化剂,采用球磨退火法制备了氮化硼纳米管,研究铁或镁含量变化对氮化硼纳米管形貌及产率的影响。结果表明:当氧化硼前驱体中不含催化剂时,可获得产率很低、均匀细小的氮化硼纳米管。适量铁可以起到良好的催化作用,退火后生成大量尺寸均匀的氮化硼纳米管。随着铁含量的增加,产物产率降低,形貌从尺寸均匀的氮化硼纳米管变为长短粗细都不均匀的氮化硼纳米管。当氧化硼与铁含量的摩尔比达到1∶1时,产物产率增加,形貌从表面光滑的氮化硼纳米管变为表面垂直生长大量氮化硼纳米片的珊瑚状氮化硼微纳米结构,其直径也明显增加。镁含量变化只对产物尺寸大小、均匀性及产率有所影响,对形貌没有明显影响。氮化硼纳米管的上述形貌和产率变化规律可以用气-液-固生长机理来解释。

基于CNTs/PLA的多层宽频超材料吸波结构设计与优化

目的 解决传统超材料吸波结构密度大以及对入射角度敏感的问题。方法 采用机械搅拌法和熔融共混法制备碳纳米管/聚乳酸(CNTs/PLA)复合吸波材料,通过CST电磁仿真软件开展多层超材料吸波结构设计,利用熔融沉积3D打印制备了设计的超材料吸波结构。通过扫描电子显微镜、矢量网络分析仪对制备材料和设计结构的微观形貌和电磁特性进行表征分析。结果 在机械搅拌和熔融共混的共同作用下,碳纳米管在聚乳酸中分布均匀。碳纳米管含量为10%时,复合材料的综合性能达到最佳。当其厚度为1.7 mm时,有效带宽达到最大为3.9 GHz;当厚度为3.2 mm时,反射率达到最低值约为–53.1 dB。设计的多层超材料吸波结构均具有极佳的宽频吸波特性;当R=11 mm时,圆形多层超材料结构的吸波性能最佳,反射率最低值为–53.9 dB,有效带宽为33.1 GHz,而平均反射率为–17.1 dB。此外对于TE极化的电磁波入射角在0°~60°范围内,而对于TM极化电磁波在入射角0°~70°范围内,圆形多层超材料结构具有宽角域吸波性能。结论 将碳纳米管与聚乳酸复合,在此基础上开展多层超材料结构设计,通过微观复合材料和宏观结构设计的共同作用,实现了轻质宽频的应用需求,能够为超材料吸波结构的设计及工程应用提供理论和技术支撑。

基于FTO/Ag/FTO构型的高透明红外隐身薄膜设计

红外隐身与可见光隐身对光谱响应的诉求不同,导致两者功能耦合材料设计难以调和,因此发展光学特征选择性调控技术至关重要.基于FTO/Ag/FTO堆叠膜层结构提出一种可见光与红外兼容隐身超构薄膜,建立可见光高透射与红外低辐射一体化协同设计方法,诠释微结构特征对可见光透射光谱与红外反射光谱的影响机制,进而优化设计高透明红外隐身薄膜,并对其兼容性隐身性能测试表征.研究表明,可见光透射取决于半导体介质层与金属层耦合匹配作用,而红外辐射抑制主要取决于金属层.经优化设计的FTO/Ag/FTO膜层结构厚度为40/12/40 nm时,具备高水平的背景透视复现与高温红外辐射抑制能力.该研究可为可见光与红外兼容隐身材料设计及应用提供新途径.