升温热冲击环境下超高温陶瓷材料抗热震性能的热-损伤模型

在现有的抗热震理论基础上考虑到超高温陶瓷材料热物理性能对温度的敏感性及损伤在其使役历程中随温度的演化,建立了适用于升温服役环境下表征超高温陶瓷材料抗热震性能的热-损伤模型。该模型考虑了微裂纹尺寸、密度、热冲击环境温度等因素对材料抗热震性能的影响。利用此模型研究了超高温陶瓷材料在升温服役环境下损伤以微裂纹形核规律演化时对其抗热震性能的影响。从理论上验证了基于材料微结构设计思想在制备超高温陶瓷材料时,引进一定密度一定尺寸的微裂纹并控制其随温度演化规律以形核方式进行,既可以使材料保持较高的强度又能大幅度提升材料的抗热震性能。

《工程与社会》课程思政改革探索与实践

《工程与社会》课程聚焦新时代中国特色社会主义工程师应有的工程职业素质要求进行课程思政建设和改革。通过紧抓时事前沿革新课程体系架构,以经典工程实例为载体,多领域专家协同建设了课程思政在线学习资源;进行了专题讨论、思辩教学、启发式等课程思政教学方式改革,并对应建立了一套全面科学可靠的思政教学评价体系。通过课程思政改革,践行帮助学生树立知识传授和价值引领的全课程育人理念,解决了卓越工程人才职业素质培养体系、培养路径、教学方法和课程资源问题。

碳化硅晶须增强复合材料性能研究进展

碳化硅晶须作为增强组元加入复合材料基体中起到了补强增韧的作用,可以加速传统材料产品的更新换代。与其他晶须相比,碳化硅晶须的强度、弹性模量和耐高温性能更好,近年来我国在碳化硅晶须生产方面发展迅速,在机械、电子、航天等领域得到了推广和应用。在简要介绍碳化硅晶须的基础上,着重介绍了碳化硅晶须增强机理,结合国内外研究现状综述了在不同基体复合材料性能增强应用中的研究进展,探讨了未来相关研究工作面临的挑战,并对碳化硅晶须的应用前景作了展望。

可计及温度与层状结构影响的超高温陶瓷基复合材料涂层残余热应力理论表征模型

目的创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究,引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响,形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法,并以ZrB_2-SiC复合材料涂层为例,利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化,涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大,变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余拉应力,基体层材料遭受残余压应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受拉应力减小,而基体层所受压应力增大;当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余压应力,基体层材料遭受残余拉应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受压应力减小,而基体层所受拉应力增大。低温下,各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感,随着温度的升高,敏感性降低。结论对于涂层材料,应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数,使涂层遭受残余压应力,这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险,同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度,以增大涂层所受的残余压应力,降低基体层所受的残余拉应力,有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。

基于工程教育专业认证的《材料制备设备及车间设计》移动信息化教学的思考与实践

《材料制备设备及车间设计》是建立我校无机非金属材料工程专业各类基础理论知识、工程知识与企业一线工程实际紧密连接的重要纽带,涵盖了很多复杂工程问题的发现、分析与解决的内容体系。本文基于移动信息化教学手段的特点与工程教育专业认证的要求,针对课程教学内容、方法与手段进行了探索与研究,旨在提高工程教育质量。

Al2O3对等离子喷涂Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2复合陶瓷涂层性能影响研究

目的研究Al2O3添加量对Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2四元复合陶瓷涂层性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在油气管道X80管线钢基体表面制备出具有不同Al2O3含量的四元复合陶瓷涂层。另外,为探究基体温度对涂层性能的影响,所有涂层均在等离子喷枪预热及室温的两种基体上制备。所制涂层的气孔率、硬度、结合力及电化学腐蚀性能分别采用煮沸称重法、维氏硬度计、划痕仪、电化学工作站进行检测,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析不同Al2O3含量涂层的物相组成和形貌特征,研究Al2O3含量对涂层各性能的影响。结果随着Al2O3含量的增加,Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2四元复合陶瓷涂层的气孔率呈现先降低后增加的趋势,相对应的四元复合陶瓷涂层的结合力、维氏硬度则先增加后降低。当Al2O3质量分数为60%时,四元复合陶瓷涂层的性能最优,气孔率为3.6%,硬度为824.6HV,结合力为53.8 N。电化学腐蚀测试表明,Al2O3能增强涂层的耐腐蚀性能,Al2O3质量分数为60%时,涂层自腐蚀电位最高,为−0.28 V。另外,在基体预热和不预热条件下,所制涂层性能随Al2O3含量的变化一致,但是基体预热比不预热更有利于涂层性能的提高。结论Al2O3的添加不仅能够有效降低涂层Cr含量,还能显著提升四元复合陶瓷涂层的各项性能,特别是耐腐蚀性。此外,等离子喷涂前对基体进行预热,有利于涂层性能提高。

热压烧结温度对石墨烯/氧化铝复合材料力学性能的影响

石墨烯/氧化铝复合材料的制备工艺及力学性能已成为目前先进陶瓷材料的研究热点。通过热压烧结技术,在烧结压力40 MPa下成功制备了石墨烯/氧化铝复合材料,并系统地研究了热压烧结温度对石墨烯/氧化铝复合材料的结构和力学性能的影响规律。结果表明,热压烧结温度对石墨烯/氧化铝复合材料晶相的影响较小,均为Al 2O 3(刚玉)晶相。复合材料的抗弯强度、维氏硬度随着烧结温度的升高先增大后减小,但是烧结温度对断裂韧性的影响较小。当烧结温度为1550℃时复合材料的性能最优,材料的弯曲强度、维氏硬度与断裂韧性分别为673.84 MPa、20.4 GPa、5.98 MPa·m^1/2。同时,通过SEM分析了石墨烯增强氧化铝基复合材料的断面微观结构,揭示了晶粒尺寸变化是复合材料力学性能变化的主要原因。

基于临界失效能密度判据的热障涂层热震损伤行为研究

目的探索热障涂层系统(TBCs)在热震过程中的损伤行为。方法基于材料能量储存极限,推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据,进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合,研究了热生长氧化层(TGO)凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果对于TGO层凸起的热障涂层系统,计算了冷却热震过程中陶瓷层(TC)和TGO层的失效能密度分布云图,并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置,所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现,当TC层的强度比较低时,热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹;当TC层强度达到某一定值时,首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层(BC)的界面处,即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为,比单纯使用某一方向应力更为准确,并能准确判断损伤起始位置和演化情况,从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。

3D打印技术在基础力学课程教学中的应用探讨

从应用型本科院校人才培养的需求出发,以及笔者实际力学课程教学体会,讨论了目前力学基础课程教学现状问题,以及新兴3D打印技术在基础力学课程中运用的可行性与教学效果预期。

基于移动信息化教学手段的非力学专业力学类课程教学设计的思考与实践

本文基于力学类课程与移动信息化教学的特点,针对非力学专业力学类课程教学内容、方法与手段的现代化设计进行了深入的研究和探讨,旨在提高学生学习的积极性与课程教学质量,实现师生教与学的同时发生以及最终提高工程教育教学质量。