粉末近净成形在航天发动机领域的应用

粉末近净成形(Powder metallurgy near net shaping,PM-NNS)技术能够制备出具有优异综合力学性能的粉末合金复杂部件。介绍了粉末热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)近净成形技术原理及优势,综述了近年来国内外粉末近净成形在航天发动机领域的研究现状,从工艺路线和构件研制两方面展开,简述了构件制备过程的影响因素及缺陷控制,结合中国科学院金属研究所粉末近净成形技术在航天发动机领域的研究及应用情况,总结了粉末近净成形技术当前存在的主要问题及发展方向,以期进一步拓宽该技术的应用范围。

具有孔隙结构的金属基金刚石工具的研究进展

在金属基金刚石工具中引入孔隙结构,旨在增加容屑空间和冷却效果,从而提高工具性能。然而,孔隙率增加导致的工具力学性能急剧下降,限制了工具的服役性能。近年来科研人员开发了多种金刚石工具制备新方法,制备的工具孔隙结构从整体均匀化向局部有序化转变,同时工具的性能和成本等也呈现出较大差异。因此,本文首先介绍多孔金属基金刚石工具的孔隙结构特点及其对性能的影响,然后围绕制备多孔金属基金刚石工具的热压法、增材制造法和激光修整法,系统总结了各制备方法的原理和参数调控要点,重点梳理了工具的制备工艺参数-孔隙结构-力学性能-服役性能之间的对应关系,最后评述各制备方法的优缺点及适用范围,探讨多孔金属基金刚石工具可能的发展方向。

压制工艺对粉末冶金法制备泡沫铝孔结构的影响

以AlSi粉末为基体,TiH2作为发泡剂,通过研究冷压和热压两种粉末冶金工艺制备泡沫铝,分析冷压压力和热压温度对前驱体相对密度和泡沫铝孔结构的影响。实验表明,提高冷压压力和热压温度均可增加前驱体相对密度,当冷压压力超过400 MPa后对泡沫铝孔结构、膨胀率和孔隙率没有明显改善的趋势。增加热压温度可促进Al-Si共晶相生成并稳定泡沫结构。在450℃热压温度下,可制得孔结构良好、孔隙率为81.7%泡沫铝。

玻璃纤维纸增强聚四氟乙烯基复合材料的制备

玻璃纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料是应用于高频/高速电子领域的一类关键基础材料。针对玻璃纤维布浸渍路线制备的复合材料上胶量不高的问题,以无碱玻璃棉纤维、短切石英玻璃纤维作为原料,采用湿法成型技术通过改变玻璃棉的打浆度制备了一系列结构均一、孔隙率高的玻璃纤维纸,并通过进一步浸渍PTFE乳液,采用冷压烧结的方式制备了一系列具有高树脂含量的PTFE基复合材料。系统研究了纸张孔隙结构对上胶量的影响,同时对不同上胶量的PTFE基复合材料的性能进行了进一步探究。结果表明,通过降低玻璃棉的打浆度可以有效提高纸张的孔径、透气度、孔隙率从而获得更高的上胶量以制备出介电性能更加优异的介质基板材料。随玻璃棉打浆度由21°SR增加至46°SR,玻璃纤维纸的透气度由382mm/s降低至55mm/s,平均孔径由8.21µm降低至2.20µm。当所用玻璃棉打浆度为21°SR时,抄造的玻璃纤维纸孔隙率为89.7%,上胶量高达89.17%。此时PTFE基复合材料具有最优异的介电特性,相对介电常数为2.246,介电损耗为1.26‰。

超孔隙水压力引起的压桩力变化

在静压管桩施工过程中,沉桩引起的超孔隙水压力可能造成后续沉桩困难。传统的压桩力都是通过现场压桩试验或者采用静力触探试验数据来估算得到,并未考虑超孔隙水压力对沉桩的影响。通过超孔隙水压力产生和消散过程中土体应力的变化,得到基于超孔隙水压力消散的静压桩压桩力的估算方法。通过与工程实例相对比,计算得出的沉桩终压力符合实际施工中的沉桩终压值,为沉桩终压的判断和静压桩桩机的选择提供依据。针对沉桩困难情况,提出用设置桩间应力释放孔方式来减少超孔隙水压力。研究表明:应力释放孔能够有效的隔断超孔隙水压力的传递路径,合理的应力释放孔能使后续沉桩位置的超孔隙水压力减少40%~60%,为群桩的连续施工提供可能。

FILTER PRESSING BEHAVIOUR OF ALUMINA DISPERSIONS

Studies of pressure-volume curves have shown that the filter pressing behaviours depend on pH values of the alumina dispersion. Densimetry and porosimetry of the filter cakes have revealed that higher density, smaller mode pore size and lower specific volume of total pores can be achieved by controlling electrostabilization. (Author abstract) 9 Refs.

饱和砂土地基液化特性振动台试验研究

饱和砂土地基试验是研究碎石桩复合地基抗液化性能振动台试验的先导和必要组成部分。本文采用自行研制的简易单向专用振动台和大型叠层剪切变形模型箱完成了两个饱和砂土地基模型的三次振动台试验,验证了模型箱的性能和模型地基内部的均匀性。通过量测振动过程中砂土的超静孔隙水压力,得到了饱和砂土地基液化规律以及振动加密对其抗液化能力的影响。同时,探索了饱和砂土地基液化大型振动台模型试验技术,如饱和砂土模型地基设计与制备、传感器布置、试验加载方案确定等,为今后开展此类试验提供一般的研究思路,并且为后续碎石桩复合地基振动台试验提供了必要的技术经验。

压制压力对多孔TiAl合金孔结构及过滤性能的影响

以Ti、Al混合粉末为原料,通过反应烧结制备TiAl金属间化合物多孔过滤材料,分析压制压力对孔隙率、最大孔径及渗透系数的影响。结果表明:随着压制压力从90 MPa增加到375 MPa时,总孔隙率呈“急剧减小平缓减小平缓减小平缓减小”的变化趋势,开孔隙率呈“急剧减小平缓减小显著增大急剧减小”的变化趋势,最大孔径呈“急剧减小减小减小减小”变化,而渗透系数呈“急剧减小平缓减小平缓增大急剧减小”的变化。综合考虑压制压力对孔隙率、最大孔径及渗透系数的影响,当压制压力为250 MPa时,TiAl合金烧结坯具有较大的开孔隙率、较小的孔径和较大的渗透系数。改变颗粒之间的间隙大小及数量,从而影响反应造孔和孔隙长大,是压制压力影响孔隙率、最大孔径的机制。

氧化锆粉料中团聚体的结构与强度

用共沉淀法经不同温度煅烧,制得不同团聚程度的4种含2.5mol％Y_2O_3的氧化锆粉料。在不同压力下等静压成型。用压汞测孔法测定了成型体内孔隙分布。根据孔隙分布由二级分布转变为单级分布来估计粉体中团聚体的强度。实验数据表明:粉料中团聚体强度同煅烧温度有关,并存在团聚强度最低的煅烧温度。

碎石桩复合地基抗液化性能的数值模拟

将饱和砂土视为土-水两相介质,以Biot动力固结方程为基础,编制完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序,通过模型试验验证程序的正确性。利用该程序对碎石桩复合地基进行地震响应分析,探讨不同土层构成和不同附加压重等因素对抗液化性能的影响。结果表明:经碎石桩加固后,桩间土中的超孔压比比未加固前减小;随时间的延长,出现了明显的超孔压消散现象,距离碎石桩越近,超孔压消散现象越明显;附加压重对地基中超孔隙水压力的增长有明显地抑制作用,在进行工程设计时应该考虑附加压重的有利影响,适当增加桩间距。

海洋土取样应力释放三轴模拟试验研究

基于海底现场取土样,利用GDS高压三轴试验仪重塑不同压力条件下的海洋土,在此基础上通过三轴加卸载试验,模拟研究高压海洋土在非保真取样过程中的卸荷响应特性,即围压-土样体积变化规律。饱和土样总体积变化一般可用反压体积变化近似描述,本文进一步考虑了高压水可压缩性的影响。通过不同加卸载循环次数以及卸载时间等的试验,表明其对高压试验结果影响很小,不同初始围压与孔压土样的卸荷试验则表明了孔压越大土样体积变化越明显等特点。卸载试验总的特征为:高压卸载过程中土样体积膨胀开始慢,发展逐渐变快,至尾段变化最快;不同作用因素对卸载中间阶段影响明显,而对初始段和末尾段影响不明显,这与中低压卸载特性存在一定区别。

振动热压脱水过程中褐煤孔结构变化规律研究

研究了褐煤振动机械热压脱水过程中,温度、机械压力、振动力作用下褐煤孔隙率、孔径分布、平均孔径与比表面积的变化规律。结果表明,温度、压力、振动力的升高均能有效降低褐煤的孔隙率,但褐煤对振动力存在响应范围。随着温度和压力的升高,褐煤失去水分后孔会发生坍塌并演变成较小尺寸的孔,导致颗粒间孔与大孔显著降低,而中孔略有增加;振动力可使颗粒间排列更紧密,破坏褐煤颗粒结构,改变褐煤孔径分布。褐煤平均孔径随温度和机械压力的升高大幅降低,比表面积先略有降低,在100℃和5MPa之后又略有增加,振动力对褐煤平均孔径和比表面积的影响较小。

膨胀页岩轻集料的焙烧制度和性能的研究

利用资源丰富的页岩原矿来制备高性能膨胀页岩陶粒,达到节约资源和环保的目的。利用碎石型页岩为原料通过基础试验和正交设计试验探索焙烧制度对制备高性能膨胀页岩陶粒的影响规律。制备的页岩陶粒的表观密度850 kg/m3;筒压强度6.8 MPa;1 h吸水率为4.1%,远低于国家对于600~900级的页岩陶粒优等品的吸水率小于10%的标准。试验得到膨胀页岩陶粒制备工艺简单,具有轻质高强、低吸水率的特点,是具有经济效益和社会效益的建筑材料。

静压桩引起的超孔隙水压力及单桩极限承载力预测

引入时间、深度参数 ,分析饱和软土中静压桩单桩引起的超静孔隙水压力 ,给出了超静孔隙水压力及其消散的准三维解析解。基于有效应力原理 ,从超静孔隙水压力的消散和桩周土的固结出发 ,结合桩土接触面的破坏形式 ,获得了考虑时间效应的单桩承载力的解析解 ,实现了对其任意时刻单桩承载力的预测。通过两个工程实例表明了计算方法的正确可行。

基于超静孔压消散的静压桩极限承载力研究

预制桩承载力的时间效应是岩土工程中一个重要的课题。基于饱和软土中静压桩单桩引起的三维超静孔隙水压力的消散和桩周土的固结,考虑桩土接触面的破坏形式,获得了估算考虑时间效应的单桩极限承载力的解析解。分析表明,在饱和软土中静压预制桩单桩在50d时的极限承载力可达到最终极限承载力的70%左右。最后,通过2个工程实例验证了该方法的可行性。

油水井异常变化机理与天然地震前兆

济阳坳陷惠民凹陷中央断裂带的油水井产液异常是天然地震前兆。地震的孕育过程是区域地应力场变化的过程 ,导致地下储集层孔隙流体压力变化 ,使油层与井孔间的压差增大 ,造成井孔中流体的流速、流量异常变化 ,并使地下流体的溶解度变化 ,引起其物理和化学性质的变化。图 3参

多孔材料表征方法的可靠性研究

从理论和实验两个方面讨论了物理吸附法和压汞法的理论依据、适用范围和影响因素.结果表明,N_2吸附法操作简单,样品可回收,通过不同的数学模型处理可以获得微孔(D<2 nm)和中孔数据.对于BJH法,最适宜的测量孔径D=2～100 nm,D>100 nm的孔径数据由于误差较大而可信度较低.适宜的脱气温度和脱气时间直接影响测量结果.压汞法最大的优势是用于大孔测量,最适宜的D=50～5000 nm,超过这一范围,则由于进汞压力测量误差增大而使孔径数据不可靠.压汞法的缺点是样品不能回收,操作时必须特别小心谨慎,防止汞中毒.

饱和砂土地基三维地震响应分析

对饱和砂土地基进行了完全耦合的三维排水有效应力动力分析。探讨了不同输入地震加速度、不同土性参数和不同土层构成等因素对饱和砂土地基抗液化性能的影响。结果表明:在地震荷载作用下,天然饱和砂土地基的水平振动加速度沿深度方向自下而上被放大;在地震中,地基中超孔压比的分布规律基本是上下部较小,中部较大;土性参数对地基本身的抗液化性能有重要影响,初始孔隙比越小,相对密度越大,土体的抗液化能力越强;随输入地震加速度的减弱,由粘土和砂土构成的地基,在不同深度处的超孔压比基本保持不变,没有出现明显的超孔压消散现象。

压制压力对Ni_3Al金属间化合物多孔材料孔结构及抗拉强度的影响

以Ni、Al元素粉末为原料,采用粉末冶金的方法制备Ni3Al多孔金属间化合物。研究了压制压力对Ni3Al多孔金属间化合物孔结构和抗拉强度的影响。研究结果表明,随着压制压力的增大,Ni3Al多孔金属间化合物的孔隙度呈线性减小的趋势;当压制压力达到220MPa以上时,随着压制压力的增大,Ni3Al多孔金属间化合物的最大孔径和透气度减小幅度趋缓;最大孔径是决定透气度大小的主要因素;抗拉强度与压制压力之间的关系式为sb=600(0.06P-41.51)2.45。

静压桩施工过程中超孔隙水压力实例分析

静压桩沉桩过程中超孔隙水压力会对周围环境造成影响。为了研究超孔隙水压力大小及随时间变化规律,结合工程实例进行超孔隙水压力监测试验,发现每天只观测一次孔隙水压力不能准确反映超孔隙水压力的变化规律;就单根桩而言,超孔隙水压力最大值出现在拔送桩筒至孔隙水压力计埋设深度处;超孔隙水压力随着离开桩的距离而衰减,其有效影响半径为15m左右;压桩速率可以通过其产生的孔隙水压力和上覆土层自重应力的比值来控制。