Si基SiC薄膜物理制备工艺研究进展

随着微纳电子器件集成化程度不断提高,用Si基SiC薄膜取代SiC体单晶引起了人们极大的兴趣,这种方法不仅有利于降低生产成本,还能与Si基大规模集成电路兼容。文章综述了磁控溅射、分子束外延、离子束溅射、离子注入4种物理制备Si基SiC薄膜主要工艺的研究进展,简单阐述了各种工艺对薄膜性能的影响,对各种工艺的优缺点和存在的问题进行了评述,同时指明了Si基SiC薄膜领域未来的发展方向。

钼铼合金表面MoSi2涂层制备及其结构性能

采用包埋渗法在钼铼合金基体上制备MoSi2涂层,探讨包埋渗工艺条件对涂层厚度的影响,通过X射线衍射、扫描电镜等手段研究所制备涂层的理化特性。研究结果表明:渗剂中氟化钠活化剂的用量、热处理温度及保温时间对涂层厚度具有显著影响。当渗剂中硅粉、氟化钠、氧化铝的重量比为30∶5∶65,热处理温度为1 000℃,保温时间为2 h时,所制备得到的涂层均匀性较好,涂层厚度约25μm。

低温容器用多层绝热材料的绝热性能研究进展

多层绝热材料被广泛应用于低温容器,其绝热性能是人们重点关注的性能指标。真空良好下,影响其绝热性能的因素包括夹层真空度、材料型号和种类、层数、层密度、等密度或变密度布置以及材料包覆工艺等;真空失效下,夹层气体压力、破空气体种类以及绝热结构参数等会对多层绝热材料的绝热性能产生影响。本文综述了多层绝热材料绝热性能的预测公式。应用Lockheed分析模型对不同边界温度、不同层数下的多层绝热材料的绝热性能进行预测,得到最佳层密度和最小热流密度;在层数一定的条件下,应用Layer-by-layer传热模型对等密度和变密度多层绝热方案的绝热性能进行预测,分析获得了两种实用性较高的多层绝热方案。

炭气凝胶隔热材料研究进展

新型高速航天飞行器的不断发展对耐高温、轻质、高效隔热材料提出了迫切需求,炭气凝胶因其纳米尺度孔隙和颗粒链结构,不仅具有传统气凝胶的低密度、高孔隙率、高比表面积及低热导率等优异的特性,还具有耐超高温(惰性气氛)、高红外比消光系数等优点,使其在作为隔热材料应用于超高温部位热防护具有显著优势。本文首先基于热传导理论,分别从气凝胶密度和微观结构(孔径、粒径)等方面阐述了炭气凝胶隔热性能的研究现状,然后综述了近年来国内外炭气凝胶隔热材料制备工艺及性能优化的研究进展,主要包括力学性能增强、耐烧蚀/抗氧化、低成本化及超轻超弹四个方面,并对各方面存在的优缺点进行了总结。最后提出低成本、高性能炭气凝胶隔热材料的后续研究方向,并对其在民用及其他特殊领域的发展应用进行展望。

SiBCN陶瓷前驱体改性邻苯二甲腈树脂的制备及性能研究

随着先进装备的发展速度越来越快,提升聚合物的耐温等级,对拓展其在航空航天领域的应用具有重要意义。本文通过利用SiBCN陶瓷前驱体改性4,4’-(1,3-苯氧基)邻苯二甲腈树脂(APN)制备了耐高温聚合物材料(CPN),研究了改性树脂的耐热性能及机理。该树脂具有优良的耐热性能,当SiBCN质量分数为20%时,CPN质量损失10%时的温度(T_(d)^(10))为608.07℃(N_(2)氛围)。动态力学分析(DMA)的结果表明,CPN碳纤维复合材料的玻璃化转变温度高于500℃,比APN-NH_(2)碳纤维复合材料的玻璃化温度高出约100℃;当SiBCN质量分数为40%时,CPN能够在900℃有氧环境下经过30 min处理后仍然保持完整形貌;研究发现,高温条件下CPN内部形成键能较大的Si—O和B—O键,从而显著提升其耐热性能。

包扎及合缝工艺对多层绝热性能的影响

利用静态液氮蒸发量热法测试了4种材料包覆工艺方案下的多层绝热结构低温绝热性能,探究了包扎工艺和合缝工艺耦合作用对多层绝热性能的影响。结果表明:采用贝壳式包扎更有利于绝热性能的提升;对比其它合缝工艺,插接式合缝避免了不同反射层间的干涉,实现了同层等温,因而绝热效果最佳;采用贝壳式包扎、插接式合缝的20反射层多层绝热结构的性能最优,其热流密度为1.840 W/m^(2),表观导热系数为6.699×10^(-5)W/(m·K);采用螺旋式包扎、搭接回折式合缝的20反射层多层绝热结构的性能最差,其热流密度和表观导热系数分别为3.775 W/m^(2)、1.266×10^(-4)W/(m·K)。包扎及合缝工艺对多层绝热性能影响显著,应按实际需求对材料的包覆工艺进行合理有效选择。

选区激光熔融制备FeCoCrNiMn-(N,Si)高熵合金在冷轧变形及500℃长时间退火后的析出行为

对选区激光熔融制备的FeCoCrNiMn-(N,Si)高熵合金先进行冷轧变形,然后在500℃进行长时间退火处理,研究长时间退火对其相稳定性及微观组织演变的影响。研究结果表明,在退火温度为500℃,退火时间为10~40 d时,合金基体内形成了3种类型的沉淀析出物(Cr_(2)N相、BCC-Cr相和L1_(0)-NiMn相),且氮原子的添加抑制了富FeCo相的形成;当退火时间从10 d增加到20 d时,沉淀物的尺寸显著增加。然而,当退火时间进一步增加到40 d时,沉淀物颗粒不长大,其尺寸保持不变。

氮化硼的介电特性及其在微波加热中的热透波性能

耐火结构的热透波性能对微波加热的模式和效率均具有重要影响,所以明确耐火结构在微波加热过程中的动态热透波性能变化至关重要。本文以氮化硼陶瓷为研究对象,通过实验测试了其在915 MHz、2 450 MHz两种频率下的宽温域(25~1 000℃)介电特性,采用传输线理论计算了氮化硼陶瓷的功率透过系数,并对其介电常数、介电损耗因子等参数的温度特性进行了分析。研究表明:25~1 000℃,两种频率下的介电常数变化幅度较小,介电常数仅变化了1.8%左右;两种频率下的介电损耗因子随温度呈波动性变化,900℃之后都呈指数增长的趋势。微波在氮化硼陶瓷中的波长和穿透深度均随温度的增加呈现下降趋势;当频率增大时,穿透深度随频率的增大而减小。氮化硼陶瓷的透波性能在两种极化模式下存在明显差异,水平极化(TM)明显高于垂直极化(TE)。当频率为915 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.08 m左右作为优化材料厚度,同时以入射角度在θ_(i)≤67°范围内入射具有良好的透波性能(PTC≥0.7)。当频率为2 450 MHz时,可以考虑材料厚度值为0.06 m作为优化材料厚度,在TE极化模式中应优先考虑微波入射角度在θ_(i)≤58°范围内入射,在TM极化模式中建议入射角度θ_(i)≤77°入射具有较好的透波效果(PTC≥0.9)。本研究对微波加热设备内炉衬材料的选择、工艺参数的设定以及有效提高微波能的利用率具有重要的现实指导意义。

柔性抗冻水凝胶电解质的快速制备与性能研究

以丙烯酰胺(AM)作为聚合单体加入交联剂亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)、引发剂过硫酸铵(APS)与L型卡拉胶(LC)和氯化钾(KCl)通过一锅法交联聚合制备出复合水凝胶(PAM-LC)。为了拓展该水凝胶作为电解质在极寒条件下的应用,研究了锂盐浓度及浸泡时间对提高PAM-LC基水凝胶电解质的抗冻性、导电性及机械稳定性的影响。结果表明:未浸泡过的水凝胶在-12.68℃时会发生冻结,而经过在氯化锂溶液中浸泡的水凝胶在-75℃下都不会发生冻结,且通过电化学阻抗EIS的测试,可以得出在-30℃的环境下凝胶导电率可以达到8.03 ms/cm,并且在室温下也能达到22.77 ms/cm,具有良好的导电性能。通过机械性能测试得到在常温下未浸泡的水凝胶具有优异的力学性能但抗冻性差,经过5M氯化锂溶液浸泡24 h后的水凝胶(PAM-LC-LiCl)在-20℃冷冻后仍表现出较好的机械稳定性。

酰亚胺环改性硅烷偶联剂的制备及热性能研究

以双酚A型二醚二酸酐(BPADA)为反应起始原料,与烯丙基胺反应合成含酰亚胺环化合物BPADA-AA,然后将BPADA-AA与三乙氧基硅烷通过硅氢加成反应制备新型含酰亚胺环硅烷偶联剂BPADA-AA-TES,并对其结构进行了红外光谱、核磁谱图表征,也证明了新型硅烷偶联剂结构的正确性。之后对BPADA-AA-TES做了热重(TG)和差示量热(DSC)谱图的热性能分析,测试出玻璃化转变温度(T_(g))为155℃,分解温度(T_(d10))为431℃,具有较好的耐热性能。

基于细观力学的多相耐火材料压缩状态损伤表征

针对多相复合耐火材料压缩状态下的非线性力学行为,在细观损伤力学的基础上,对改进的广义自洽模型进行逆向求解,研究多相耐火材料受到压缩载荷时的损伤行为,提出一种能表征多相耐火材料在压缩载荷下非线性损伤行为的方法。以AMC(aluminum-magnesium-carbon)多相耐火材料为例,利用该方法对其在受压状态下的力学行为进行表征。结果显示,表征结果和实验值吻合较好,为多相复合耐火材料的损伤表征提供了一种思路和理论基础。

聚芳硫醚砜及其制品的研究进展

通过文献归纳法总结无水硫化钠法(常压法、高压法)、含水硫化钠法(高压法、常压法)、硫磺法、硫氢化钠法、聚苯硫醚氧化法等合成聚芳硫醚砜的常用方法。含水硫化钠法可获得高分子量的聚芳硫醚砜,采用常压与高压含水硫化钠合成的聚芳硫醚砜分子量相当,其设备与工艺要求不高,生产稳定性好、周期短、成本低,该方法是一种理想的合成聚芳硫醚砜的方法。为提高聚芳硫醚砜的物理性能、化学性能,对其进行改性,通过相分离制膜法制备的聚芳硫醚砜膜可应用于染料等水体污染物的治理,通过静电纺丝法制备聚芳硫醚砜纤维膜可应用于油水分离、水体污染物治理及空气过滤净化。研究结果表明,聚芳硫醚砜高聚物及其膜制品具有重要的应用前景。

粉煤灰鳞片的隔热性能研究

鳞片材料在防腐领域近年来得到广泛应用,由于鳞片材料在填充后形成的独特结构使其展现良好的防腐性,而这种结构也增强了鳞片材料的隔热性能。通过将粉煤灰鳞片与高温炉料按不同配比混合,进行高温导热系数和涂层隔热测试并对测试结果进行分析,研究粉煤灰鳞片的隔热性能。

3D打印隔热材料研究进展

3D打印技术能够实现面向性能的设计以及非常规结构的制造,其在隔热领域的应用可以使材料具有更加精细、可控、定制化的结构与功能。当前,3D打印隔热材料技术仍处于快速迭代期,打印材料、结构设计和制造工艺等技术瓶颈尚待突破。本文对3D打印隔热材料的现状进行了综述,简要分析了在隔热材料制造方面较有前景的3D打印工艺,对比了各工艺的优缺点以及适用的材料类型,着重讨论了3D打印陶瓷、发泡混凝土、泡沫塑料和气凝胶材料在隔热领域的研究进展,最后总结了目前面临的技术挑战和未来的主要发展方向。

二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的专利分析

气凝胶为多功能新型材料,其中二氧化硅基气凝胶是研究最广泛的气凝胶材料,2004年首次在中国产业化,至今被广泛应用于电子、建筑、隔热、航空航天、能源等领域中。但与国外相比,中国高端产品较少,原始创新略显不足。因此,本文梳理了近20年全球二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的相关专利,从专利的视角挖掘近20年的研究热点。从市场流向和重点申请人的维度分析当前的市场竞争格局,指出以美、德、日为代表的发达国家,通过全球专利布局在一定程度上实现了对市场较大力度的控制,处于领先地位。重点从技术热点及技术路线的角度分析二氧化硅基气凝胶及其制备技术的研究热点:目前,气凝胶颗粒、前体的改进和纤维增强是近年来该领域的研究重点,各国对金属氧化物复合材料和透明储能材料的关注度较高。并且通过梳理中国的转移转化专利的技术特点,帮助企业在寻求技术合作时精准找到合作对象。最后总结了技术创新中中国企业需重点关注的研究方向,为未来的技术研发提供指引。

等离子喷涂涂层抗烧蚀性能及微观结构

以45#钢和TC4钛合金为基体材料,采用等离子喷涂方法制备了钨(W)及钨合金涂层,并在不同烧蚀条件下进行了烧蚀实验,比较了涂层的抗烧蚀性能,探讨了涂层烧蚀破坏机理。结果表明:基体材料喷涂W涂层后,提高了抗烧蚀性能。烧蚀温度为2600℃时,烧蚀11s,涂层存在氧化,基本无烧蚀现象;烧蚀温度为3400℃时,烧蚀6s,涂层有了明显的烧蚀,存在基体熔化现象,说明热量传递到基体,导致基体温度超过了自身熔点。W+Al_(2)O_(3);和W+ZrO_(2)复合涂层可减缓热量从涂层表面向基体的传递速率,提高了基体材料的抗烧蚀性能。W+Al_(2)O_(3)和W+ZrO_(2)复合涂层测力曲线呈锯齿状下降,不抗冲刷,但涂层的抗烧蚀时间相对较长。

挤压变形对5083无缝管显微组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、室温拉伸实验分析了5083无缝管不同位置的显微组织与力学性能,研究了无缝管挤压的不均匀变形对显微组织和力学性能的影响。实验结果表明:无缝管挤压的不均变形对显微组织有显著的影响,表层为完全再结晶组织,T/4和T/2位置以变形组织为主,只发生部分动态再结晶;外侧T/4和中心T/2位置的织构类型基本一致,外侧T/4位置的织构强度显著高于中心T/2位置;T/4和T/2位置的拉伸力学性能基本一致。

碳基烧蚀材料高温氧化反应机理的分子动力学研究

本文采用基于紧束缚密度泛函理论的分子动力学,研究高温下碳基烧蚀材料三种模型(无缺陷、原子缺陷以及孔洞缺陷)的氧化反应机制.研究发现高温下的反应产物主要是CO和CO_(2).CO的产生过程主要源于环氧基团中C-C键的裂解,而CO_(2)的形成则较为复杂,主要源于小分子团簇(C_(2) O_(2)、C_(3) O_(1)、C_(4) O_(1))的裂解.C-C键裂解是石墨氧化反应的主要途径,C-O键形成是CO和CO_(2)生成速率的控制因素.此外,体系的温度、缺陷以及孔洞对石墨的氧化反应机制有重要的影响.通过分析氧化反应速率,计算得到三种模型氧化反应的活化能分别为7.56、2.4和1.6 kcal/mol.缺陷越明显活化能越低,则氧化反应速率较高,无缺陷的模型由于活化能最高,其氧化反应速率最低.

SiC纤维成键陶瓷材料研究进展

SiC纤维成键陶瓷(SiC fiber-bonded ceramics,FBCs)作为一种由SiC纤维热压烧结而得到的新型高温结构材料,具有低气孔率、高纤维体积分数的结构特点,以及耐高温、抗氧化、高强度等性能优势,是航空发动机涡轮叶片、转子等高温部件的极佳候选材料。本文系统论述了SiC纤维成键陶瓷的研究进展情况,介绍了两类成键陶瓷(Tyrannohex与SA-Tyrannohex)的结构特点与制备方法,讨论了成键陶瓷组成、结构与性能之间的相互关系,指出界面碳层对于成键陶瓷性能的发挥具有关键作用,着重介绍了SA-Tyrannohex型成键陶瓷的室温与高温力学性能,分析其具有优异高温性能的原因,总结SA-Tyrannohex考核验证与应用发展情况,指出目前成键陶瓷还存在复杂构件成型困难等问题,并展望了成键陶瓷未来需要进一步强韧化、加强动态服役考核等发展趋势与研究方向,最后提出开展SiC纤维成键陶瓷的研究对于我国耐高温部件新材料的研制具有重要意义。

铁钴铬合金-有机硅耐温吸波涂层的制备及性能

对铁钴铬合金颗粒进行片化处理和表面改性,制备铁钴铬合金-有机硅复合吸波涂层,采用扫描电子显微镜、万能试验机和矢量网络分析仪等研究了铁钴铬合金晶粒结构、涂层附着力和吸波性能的热服役行为和机制。结果表明:在300℃热处理300 h后,铁钴铬合金晶粒结构和软磁性能保持稳定;涂层附着力呈现显著的后固化效应,热处理25 h内从6.19 MPa迅速增大到14.16 MPa,随后减小,热处理300 h后降到5.29 MPa;涂层附着力的增大是树脂交联度和密度增大的结果,减小则与有机硅分子链的热氧化有关;复合涂层在300℃热处理300 h后保持完整,吸波性能稳定。