原料粒径对Ni/Al含能结构材料压缩性能及能量释放特性的影响

分别将粒径5μm镍粉与45~75μm铝粉(1^(#))、0.2μm镍粉与45~75μm铝粉(2^(#))、0.2μm镍粉与0.5μm铝粉(3^(#))按物质的量比为1:1混合,通过真空热压制备Ni/Al含能结构材料试样,研究了粉末粒径对试样压缩性能和能量释放特性的影响。结果表明:3种试样在镍/铝界面处均生成了一层Al_(3)Ni扩散层;1^(#)试样中镍颗粒均匀分布在连续的铝基体中,压缩性能较好;2^(#)试样中镍颗粒发生团聚,相对密度最小,抗压强度最低;3^(#)试样中镍相为连续基体,致密性最好,抗压强度最高,但生成的Al_(3)Ni最多;随着粉末粒径减小,3种试样放热反应能量密度均提高,最高达1147.8 J·g^(-1),反应活化能降低,能量释放效率提高,3^(#)试样的能量释放特性最佳。

烧结工艺对Ni/Al/W含能反应材料性能的影响

采用粉末冶金工艺制备Ni/Al/W含能反应材料,对比研究550℃烧结温度下烧结时间对Ni/Al/W含能反应材料密度、抗压强度以及显微组织的影响,并通过烧结样品DSC曲线计算得到不同烧结时间Ni/Al/W材料的反应放热量,分析烧结样品的反应放热特征。研究表明,烧结温度为550℃、烧结时间为1~3 h时,Ni/Al/W材料的密度先降低后升高,抗压强度先升高后降低,反应放热量不断减小;烧结时间为2 h时,Ni/Al/W含能反应材料具有相对较高的密度、强度和反应放热量,密度达到9.8 g/cm3,准静态压缩强度为1 150 MPa,反应放热量为121.2 J/g。

定向凝固Ni_3Al基高温结构材料IC6A合金的研究

利用扫描电镜、透射电镜、电子探针能谱和 X射线衍射技术研究了定向凝固 Ni3Al基合金 IC6 A的微观组织 ,当 IC6 A合金中的钇含量靠近成分上限时 ,在 IC6 A合金的枝晶间区会形成被大块 γ′相包围的、由 Ni3Y,Mo1 .2 4Ni0 .76和 γ固溶体相组成的区域。按照航空发动机导向叶片的使用要求 ,测定了 IC6 A合金的主要物理性能、 110 0℃抗循环和静态氧化性能、各种温度下的高温持久性能和蠕变性能、高温热疲劳和高周疲劳性能、各种温度下的瞬时拉伸性能以及冲击性能。研究结果表明 ,由于 IC6 A合金中适量钇的存在 ,其高温抗氧化性能得到显著提高 ,其高温持久性能、蠕变性能、冲击性能、高温热疲劳和高周疲劳性能也优于 IC6合金的。IC6 A合金是一种适用于制作 110 0℃及其以下温度工作的航空发动机导向叶片的高温结构材料。

烧成温度对Al_2O_3/Ni复合材料的致密化、物相组成和显微结构的影响

首先采用非均相沉淀合成出Ni包裹Al2O3粉体,然后热压烧结包裹粉体制备了Al2O3/Ni复合材料。本文作者主要研究了不同烧成温度对复合材料致密化、物相组成和显微结构的影响。结果表明:在1400℃保温1h,烧结体获得了最大相对密度,而致密度随Ni含量的增加反而降低;高于1350℃时,除Al2O3和Ni相外,在烧结体的表层生成一种由Al,Ni,O,C四种元素组成的新相;随着温度的升高,包裹层的纳米Ni颗粒聚合、长大,并退缩至三角晶界处,在适当的烧结温度(1400℃),少数小的纳米Ni颗粒被卷入Al2O3晶内,大的位于三角晶界,当烧成温度为1450℃时,不仅观察到Al2O3/Ni界面存在空隙,也发现了Al2O3晶粒异常长大现象。

新一代高温结构材料──金属间化合物Ni_3Al

本文综述了Ni3Al金属间化合物作为高温结构材料的发展状况．介绍了Ni3Al的特性，室温脆性的解决，双相Ni3Al（B）－Cr基合金的研制及其在工业上的应用．

TiC_x/Ni_3Al复合材料相界面显微结构及界面纳米硬度与弹性模量分布

采用SEM,EDS等对融渗工艺制备的C/Ti比x分别为0.6、0.7、0.8和0.9的四种不同TiCx/Ni3Al复合材料进行了研究,证实Ti元素向金属相存在较强的扩散,而Ni和Al元素几乎没有向陶瓷相中扩散,扩散的结果形成了两相界面之间直接的原子结合,增加了复合材料相界面结合的强度和韧性.利用纳米压痕技术研究了复合材料相界面附近的纳米硬度H和弹性模量E,二者在相界面附近均呈连续梯度分布特征,并且TiC0.7/Ni3Al复合材料在界面处具有较高的纳米硬度值.

Al/Ni纳米复合含能材料的制备及其激光点火性能研究

利用模板法在硅基上制备了一种新型的Al/Ni纳米复合含能材料,利用场发射扫描电镜(FESEM)和X射线能谱衍射(EDS)分别对其进行了形貌表征和元素分析,采用差示扫描量热法(DSC)对该材料的热反应性能进行了检测,并通过脉冲激光对复合材料的激光点火性能进行了初步研究。结果表明:该复合材料具有嵌入式的纳米结构,该结构大大增加了反应物的接触面积,而且表现出较高的热反应活性;激光点火后,存在着较长时间的火花抛洒,对实际起爆过程十分有利,该纳米复合含能材料50%发火的激光能量约为36.28 mJ(能量密度为46.22mJ/mm2)。

Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观机制

为阐明含能结构材料冲击反应机理,开展以Al/Ni粉末复合材料为代表的含能结构材料冲击反应细观模拟研究。基于Al/Ni粉末复合材料的扫描电镜照片建立细观有限元模型,并结合Mie-Grüneisen状态方程描述Al/Ni粉末复合材料冲击压缩行为。在此基础上,基于反应扩散模型建立考虑多组分固相反应的Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观模型,分析细观尺度上物质输运过程、冲击反应演化规律及冲击波传播特性。研究结果表明:Al/Ni粉末复合材料在冲击压缩速度(即粒子速度)为400 m/s时仅发生了微弱的化学反应,且化学反应程度随着冲击压缩速度的增大的加剧;化学反应最初发生于Al-Ni界面处,然后垂直于界面发展;冲击反应将引起材料冲击温度和压力的增高,同时对冲击波的传播起到强化作用。

Ni/Al复合材料的起始反应温度研究

Ni/Al复合材料是制备Ni Al金属间化合物的重要原料,同时也是一种典型的结构能源双功能材料.本文主要采用管式电阻炉测试了Ni/Al复合材料的起始反应温度,研究了样品状态、粉末粒径、Al/Ni摩尔比、测试气氛、第三相等对材料起始反应温度的影响.结果表明:压制态的Ni/Al复合材料的起始反应温度比粉末态的要低;Ni/Al复合材料的起始反应温度随粉末粒径的降低而降低,随Al/Ni摩尔比的增大先升高后降低;空气气氛下的起始反应温度高于惰性气氛下的;添加W可提高材料的起始反应温度,而添加Mg则降低材料的起始反应温度.

Sn-3.5Ag-0.5Cu在高体积分数SiC_p/Al复合材料Ni-P(-SiC)镀层上的润湿性（英文）

基于化学镀Ni工艺,研究Sn-3.5Ag-0.5Cu合金在Ni-P(-SiC)镀层/SiCp/Al基体上的润湿行为,分析镀层的显微结构和Sn-3.5Ag-0.5Cu/Ni-P(-SiC)镀层/SiCp/Al体系的润湿和界面行为。结果表明,SiC颗粒均匀地分布在镀层中,且Ni-P(-SiC)镀层与SiCp/Al复合材料之间没有界面反应。Sn-3.5Ag-0.5Cu对Ni-P、Ni-P-3SiC、Ni-P-6SiC和Ni-P-9SiC镀层/SiCp/Al基体对应的最终接触角分别为~19°、29°、43°和113°。在Sn-3.5Ag-0.5Cu/Ni-P-(0,3,6)SiC镀层/SiCp/Al界面处形成含有Cu、Ni、Sn和P的反应层,其主要包含Cu-Ni-Sn和Ni-Sn-P相。此外,熔融的Sn-Ag-Cu合金可以通过Ni-P/SiC界面渗入Ni-P(-SiC)复合镀层与SiCp/Al基体接触。

纳米结构MnO_2/Al含能复合物的制备及其反应特性研究

首先利用水热法在硅基底上生长MnO_2纳米片,再通过磁控溅射在其表面沉积Al,制备出具有纳米结构的MnO_2/Al含能复合物。利用SEM、XRD、XPS和DSC对样品的形貌、结构和热反应特性进行表征。结果表明:生长于硅基底上的MnO_2纳米片交错形成多孔纳米墙结构,其后沉积的Al"植根"于纳米墙;纳米结构MnO_2/Al复合物的反应起始温度为510°C,Al熔化前的放热量达到2 380J/g。另外,该复合物在表面沉积碳氟化合物后表现出疏水性,表明其具备潜在的长期储存性能。

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al2O3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。

Al/Ni反应多层膜的电爆炸及驱动性能研究

为了研究Al／Ni反应多层膜在爆炸箔起爆系统上应用的可行性，采用磁控溅射法制备了相同厚度的Cu和Al／Ni多层膜桥箔，利用SU-8光刻胶制备一定厚度的加速膛，研究了两类桥箔在相同放电回路中的沉积能量和驱动飞片的平均速度。结果表明：在储能电容电压为1306V的放电回路中，Al／Ni多层膜的沉积能量为0．1205～0．1274J，相比Cu箔提高了近1倍。在电压为1900V时，多层膜沉积能量比Cu箔提升了18％～58％；多层膜驱动的飞片平均速度高于叫占驱动飞片约10％。因此，Al／Ni反应多层膜能降低爆炸箔起爆系统的起爆阈值，提高其冲击起爆的可靠性。

微量硼和铌对铸造Ni_(50)Al_(20)Fe_(30)合金组织及性能的影响

研究了微量硼和 2 % Nb对铸造 Ni5 0 Al2 0 Fe30 合金组织及性能的影响。结果表明 :微量硼的加入可以改善 Ni5 0 Al2 0 Fe30 合金的强度与塑性 ,最佳硼含量为 0 .0 2 %～ 0 .0 5 % ;此外 ,微量硼的加入影响该合金的共晶区 ,从而明显改变合金的微观组织形态。在硼含量为 0 .0 2 %时 ,该合金主要处于 β相 (Ni Al)与 γ相的共晶区 ,这对合金的室温塑性极为有利。添加 2 % Nb可明显提高该合金的压缩屈服强度并改善塑性。在室温、6 5 0℃和 10 0 0℃ ,该合金的压缩屈服强度分别提高 30 %、5 9%和 36 %

镍铝基高温结构材料的研究进展

综述了镍铝(NiAl,Ni3Al)基高温结构材料在室温下具有的综合性能指标:抗高温氧化性能好,有较高的高温强度和蠕变抗力以及强度大等特点,而且在一定的温度范围内,其屈服强度反而随温度的上升而提高,通过添加其他元素,其性能得到改善。总结了金属间化合物的各种制备方法,如定向凝固法,快速凝固法,自燃烧高温合成法,超塑性成型等。探讨了进一步降低脆性,提高塑性等问题,以及在不远的将来取代一部分正在使用的比强度较差的结构材料。

Al基含能结构材料的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究

利用万能实验机和Hopkinson杆装置测试了Al基含能结构材料在不同温度下的静动态力学性能,分析实验结果得到了温度效应和应变率效应对材料力学性能的影响及该合金的Johnson-Cook本构模型参数.结合二维数字图像相关(DIC)方法,研究了Al基含能结构材料的失效应变与应力三轴度及温度之间的关系,得到了该合金的Johnson-Cook失效模型参数.通过平面撞击实验获得了Al基含能结构材料粒子速度和应力波波速之间的经验线性关系和该合金的Grüneisen系数.基于实验获得的材料本构关系和状态方程参数,完成了Al基含能结构材料超高速撞击多层间隔薄钢板的数值模拟,结果表明,数值模拟中靶板的毁伤模式、破孔直径及弹坑主要散布区和实验结果吻合.

氟聚物基活性材料释能及毁伤特性研究进展

氟聚物基活性材料是一种具有冲击反应释能特性的新型材料,在军事领域具有广泛的应用前景。为掌握氟聚物基活性材料的释能与毁伤特性,推进其在高效毁伤战斗部中的应用,研究梳理了氟聚物基活性材料冲击释能反应行为以及引燃引爆、侵爆耦合毁伤效应的研究现状,着重介绍了分离式霍普金森压杆实验、准密闭弹道实验和爆炸加载实验等在释能特性方面的研究进展;毁伤特性方面整理了反应弹丸、破片及反应射流的相关研究进展,重点说明了氟聚物基活性材料在聚能装药中的应用设计和反应射流成型的研究成果,及相关的反应模型和数值仿真的研究。在此基础上,讨论了未来研究方向:建立系统性反应模型与仿真方法;通过配方、工艺等参数对其性能进行调控;释能反应观测表征技术的创新与探索以及工程应用设计等。

耐高温长寿命炉用结构材料

1 Ni3Al金属间化合物 这是一种新型炉内抗渗碳耐热构件用材料。作为试验材料，Ni3Al的研发已有近30历史，但因其脆性大长期未获实际应用。由美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）Chain T Liu领导的课题组发现，在Ni3Al化合物中添加微量硼可明显改善其塑性。

层状Al/Ni含能结构材料的放热性能与毁伤效应

为了获得较高力学性能和释能密度,采用电沉积及热压复合法制备了层状Al/Ni含能结构材料。研究了热压温度对Al/Ni含能结构材料放热性能的影响,并通过打靶实验获得了不同发射速度下含能破片对双层靶板的毁伤效果。结果表明:随着热压温度的升高,Al/Ni界面反应扩散加剧,导致放热量从898J/g降低至782J/g。高速撞击作用下,Al/Ni含能破片发生了剧烈的爆燃反应,对双层靶板有显著的毁伤效应。当含能破片撞击速度从1241 m/s增加到1478 m/s时,主靶板穿孔尺寸几乎不变,后效靶板的毁伤区域明显增大。

Ni_3Al基合金网架结构轻量化技术

网架结构是近几年发展起来的一种新型轻量化技术,其结构强度和散热效果明显优于其它轻量化结构,由服役温度高的Ni3Al基合金制备而成网架结构部件可以很好地满足新型武器对所用部件减重和提高服役温度的迫切需求。本文针对大推比发动机尾喷口部件开展了Ni3Al基合金网架结构轻量化技术的研究,进行了部件结构设计和强度校核。结果表明,Ni3Al基合金网架结构可实现部件30%的减重,其功能和强度可满足服役要求,为Ni3Al基合金网架结构技术在大推比航空发动机上的应用提供了新的思路。