硅基聚合物耐高温衍生陶瓷涂层制备与应用研究进展

随着航空航天领域的不断发展,金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻。通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能,可有效提高高温结构部件的使用寿命。近年来,聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一种无机涂层制备的新方法。该方法具有制备工艺简便、涂层功能拓展性强等特点,得到了研究者越来越多的关注。本文主要综述了硅基聚合物前驱体转化陶瓷涂层的研究进展。首先从聚合物陶瓷涂层的制备展开,简要介绍了硅基聚合物前驱体、填料种类以及涂覆工艺和裂解方式对涂层结构以及性能的影响。随后,重点讨论了聚合物前驱体转化陶瓷涂层在耐高温防护领域,包括抗氧化、环境障、热障涂层的应用进展。最后,指出了聚合物陶瓷涂层在涂层性能提升及缺陷控制等方面的问题,并对其发展方向进行了展望,例如通过在硅基前驱体中引入Hf,Zr,Ta等超高温元素,提高陶瓷涂层的耐温等级,以及发展高效的陶瓷化新技术,从而提高陶瓷转化效率及涂层适用性范围等。

基于响应面优化的超声空化制备纳米乳液研究

为了提升声场空化密度和均匀性,实现小粒径均匀纳米乳液的制备,研究了人工引入微气泡强化槽式超声反应器的乳化方法。进一步基于响应面法研究了超声时间、表面活性剂占比、亲水亲脂平衡值3个因素及其交互作用对纳米乳液平均粒径与多分散指数的影响,优化了乳化工艺参数。研究结果表明,利用槽式超声反应器成功实现了均径小于100 nm(均径76.89 nm)的稳定纳米乳液(PDI=0.241)的制备,这对纳米乳液工业化生产及其产业化应用具有重要意义。

超声波塑料焊接机理

采用数值仿真和试验研究了超声波塑料焊接过程中不同特征温度段的产热机理.利用有限元法(FEM)对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料超声波焊接过程中的粘弹性热以及摩擦热进行了计算.基于计算结果,提出了摩擦热是焊接过程的启动热源,粘弹热是焊接过程主要热源的观点.制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验,试验结果验证了仿真结果的正确性.对焊接过程中的产热机理给出了更清晰的解释,有助于超声波塑料焊接技术进一步在精密焊接领域的应用.

“线上+线下融合式”工程图学课程建设与教学实践

近年来以慕课为代表的线上教育展现出了巨大的优越性和社会价值,其是今后教育发展的必然趋势。基于对工程图学课程的建设与教学模式改革的研究,从线上资源的建设和应用、教学活动的组织、线上教学与课堂教学的协调等方面入手,将线上教学在时间和资源方面表现出的优势和传统面授方式在严谨性和可控性方面的优点相结合,形成了"线上+线下融合式"工程图学课程教学模式。通过教学实验和教育实践对该教学模式的主要特点、关键环节、可行性和有效性进行了研究,为工程图学教育与现代信息技术的融合进行了有益的探索和尝试。

全氢聚硅氮烷(PHPS)涂层材料研究进展

全氢聚硅氮烷(PHPS)在一定条件下可转化为二氧化硅,是一种良好的涂层材料。文章综述了PHPS作为涂层材料的优势和固化机理,并重点介绍了其在相关领域的应用,最后指出了该材料目前在国内发展需要解决的问题。

SiBCN陶瓷的抗氧化性能

通过聚合物前驱体热解方法制备了SiBCN陶瓷,对其在1 200℃空气条件下的抗氧化性能进行了研究,并与前驱体法制得的SiCN陶瓷进行了比较。结果表明,SiBCN陶瓷经氧化10 h后样品氧化增重只有0.35%,并且样品中没有裂纹的出现,表现出良好的抗氧化性能。而同样条件下SiCN陶瓷氧化增重达到3.1%,样品出现裂纹。样品表面元素组成分析表明,SiBCN陶瓷表面氧化物主要以SiO2形式存在,而SiCN陶瓷表面主要以SiOx(x<2)存在。

塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进展

为了解决当前聚合物MEMS器件键合技术中存在的问题,将塑料超声波焊接技术引入聚合物微器件键合领域,从而形成了一种新的MEMS键合工艺——超声波键合。目前广泛应用于聚合物加工的塑料超声波焊接技术具有不需要焊剂和外部热源、对焊件破坏轻、焊接时间短、焊接影响区域小等优点,超声波聚合物MEMS器件键合是塑料超声波焊接技术从宏观器件到微观器件的一次应用范围上的拓宽。简述了塑料超声波焊接和MEMS器件超声波键合技术的国内外研究发展现状。采用MEMS加工工艺制作了带有键合接头的PMMA微流控芯片,并利用超声波塑料焊接机实现了高强度密封键合试验。然而,与宏观器件的焊接相比超声波MEMS键合存在着因结构微型化而产生的特殊技术问题,文章对这些问题进行了讨论。

多氨基含氮配体改性有序介孔材料的制备及对铀(Ⅵ)的吸附性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了有序介孔材料MCM-41,并用四乙烯五胺对其进行修饰,制备了多氨基改性的介孔氧化硅吸附剂。采用低温氮吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、X射线粉末衍射(XRD)对材料进行表征。BET比表面积为1 052 cm^2/g,孔容为1.194 m L/g,平均孔径为3.86 nm。当pH=5.2,吸附时间30 min,初始浓度120 mg/L时,吸附剂对铀酰离子的吸附达到454 mg/g。

聚硅氮烷的应用研究进展

在简要介绍聚硅氮烷发展历程的基础上,综述了聚硅氮烷的应用研究进展,主要包括纤维、涂层、块体、多孔陶瓷、微电子机械系统(MEMS)等应用形式,并结合本课题组在聚硅氮烷方面的研究成果展望了聚硅氮烷的发展前景。

超声波塑料焊接临界温度场分析

采用多场耦合模型对超声波塑料焊接过程中的摩擦热和粘弹热进行了数值计算,并分析了超声振幅对焊接区温度场的影响.基于计算结果,提出了超声波焊接过程存在临界振幅,当超声振幅低于该临界振幅时,不管焊接时间多长,都不能形成熔融焊接区.制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验,试验结果与数值计算结果具有较高一致性,进一步对临界振幅附近的临界温度场进行了分析和探讨.研究临界温度场,有助于解决超声波塑料焊接过程中温度场难以控制的难题,同时为超声波塑料器件非熔融连接方法奠定基础.

用于线上教学的工程图学虚拟现实交互模型平台

基于虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术,利用Unity 3D开发平台、3ds MAX、UV模型制作软件以及C#交互编程工具,开发了能够在手机终端和PC终端使用的适用于线上教学的工程图学虚拟现实交互模型平台.详细介绍了平台的底层设计、功能及技术开发方案、内容设计以及平台的管理策略.该平台可充分发挥VR和AR技术各自的优势,有利于克服工程图学课程线上教学在模型展示与交互方面的障碍,为工程图学课程的信息化建设提供了有益的尝试与探索.

全氢聚硅氮烷转化法制备氧化硅气体阻隔涂层

全氢聚硅氮烷转化法是一种工艺灵活度非常高的制备氧化硅涂层的方法,特别适用于对处理温度有要求的聚合物基材。综述了在聚合物薄膜基材上通过全氢聚硅氮烷转化法制备氧化硅阻隔涂层的研究进展,简述了国内的发展现状,并指出了未来的发展方向。

氮氧化硅薄膜的研究进展

氮氧化硅薄膜材料具有优异的热力学、介电及光学性能,在微电子、光学器件等方面有着重要应用。其主要制备方法包括化学气相沉积、溅射、直接氮化/氧化及离子植入。综述了该类材料的制备方法和应用研究进展,并指出了制备方法和应用研究的发展方向。

低地球轨道航天器涂层防护技术研究进展

低地球轨道(LEO)环境极为复杂,紫外辐照、原子氧辐照、高能粒子辐照等因素并存,对航天器用有机材料提出苛刻要求。为满足长寿命安全飞行,必须对航天器特别是其上采用的有机材料进行防护。文章简述了LEO环境中各因素对航天器的影响,总结了航天器防护技术特别是涂层防护方案的研究进展,并指出了未来发展方向。

超声引入酸浸渍过程对活性炭性能的影响（英文）

在磷酸法制备活性炭的浸渍阶段引入超声,研究超声浸渍对活性炭孔结构、微观形貌、表面官能团、碘值和亚甲基蓝值的影响。结果表明,超声浸渍能够增大活性炭的比表面积、总孔容、微孔孔容、中孔孔容、极微孔孔容、碘值和亚甲基蓝吸附值,但长时间超声浸渍并无必要。最佳超声浸渍条件为:在45 min的总浸渍时间内引入5 min超声浸渍。在该条件下制得的活性炭比表面积达1 504 m^2/g,超过了文献中生物质基磷酸法活性炭的诸多相应值。另外,与静置浸渍相比,超声浸渍使制备最高碘值样品所需的总浸渍时间减少了85%。

以创新能力培养为导向的机械工程测绘实训课程改革研究

培养具有自主创新能力的新型人才,事关我国先进制造技术深化发展和提高国家核心竞争力的关键。高等教育是培养创新型人才的主要阵地,肩负着科技兴国和人才强国的重任。以机械工程测绘实训课程改革为契机,通过调研分析了目前在该课中存在的共性问题,进一步以创新设计能力的培养为导向,提出了机械工程测绘课程的改革方案。通过课程结构、教学方法、组织形式以及考核制度等体系化的改革与教学实践,形成了以创新能力培养为导向的工程测绘课程教学模式。教学试验表明,该改革方案能够有效促进工程图学、计算机绘图等基础课程中知识的应用与深化,激发学生的自主学习和动手操作能力,提高学生的创新能力与工程意识。

异氰酸酯改性聚硅氮烷的合成及性能研究

采用甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚硅氮烷PSN2反应,制备了异氰酸酯改性聚硅氮烷。用红外、凝胶渗透色谱及热重分析对反应产物进行了表征,比较了反应温度及原料比例对产物的结构、摩尔质量、黏度及热性能的影响。结果表明,在相同反应温度下,随着TDI用量增加,产物的摩尔质量减小,摩尔质量分布变窄,黏度增加;TDI用量相同时,产物黏度随温度升高而增大,但摩尔质量变化无明显规律。另外,随TDI用量增加,异氰酸酯改性聚硅氮烷前期的热失重减小,陶瓷产率有所升高,且均在80%以上。

基于局部溶解性激活的聚合物微流控芯片超声波键合

利用低于临界振幅下的超声波作用在聚合物上仅产生表面热的特点,结合PMMA在异丙醇(IPA)中的温变溶解特性,提出了一种基于局部溶解性激活的超声波聚合物微流控芯片键合方法.理论分析表明当超声振幅小于临界振幅时,只有器件接触表面产生局部表面热,而且在70℃附近IPA对PMMA的溶解性才具有良好的激活作用.在试验研究中,利用精密加工法和热压法制作了带面接触式导能筋结构和80μm×80μm微通道的PMMA微流控芯片基片.在超声振幅为13μm、键合时间8 s、键合压力300 N的条件下进行了键合试验.结果表明,芯片拉伸强度达2.25 MPa,微通道的承压能力超过800 kPa,键合后导能筋无熔融,微沟道变形率小于2%,键合时间仅为8s.该方法的键合强度和键合效率明显高于传统的键合方法,而微结构的变形率却较小,故可作为一种具有产业化前景的聚合物MEMS器件快速封接方法.

带有凸凹微结构的微流控基片热压成形特性研究

研究了热压法制作带有导能筋的新型凸凹微结构的成形特性。从理论出发对材料的本构关系及其温变特性进行了表征,通过对商用软件的二次开发实现了成形特性理论模型的应用,利用有限元法对带有导能筋的基片的热压过程进行仿真,分析了在压力受到严格限制的情况下热压温度以及保温保压时间对复制精度的影响,在此基础上优化了工艺参数。利用套刻法和各向异性湿法腐蚀技术制得所需的硅模具,进行了热压试验,试验结果验证了仿真结果的有效性。

与三维造型技术相融合的工程图学教学探索

随着计算机软硬件技术的不断发展和大数据时代的来临,在制造行业中,绘图环节对计算机三维设计技术的需求在不断的增加,将三维造型技术纳入工程图学教学中成为教学改革探索的主要方向之一。文章对计算机三维造型设计与工程图学的融合进行了探索和分析,研究了将图学课程与三维造型技术相结合并实现相互促进的融合式教学模式,结果表明该模式可以有效提高学生的基本读图绘图能力、空间思维能力、工程意识及实践能力,这为工程图学课程的改革进行了有意的尝试与探索。