强爆炸光辐射作用下材料的能量耦合特性

为了获取强爆炸光辐射作用下材料的能量耦合特性,发展了强爆炸辐射源参数以及光辐射传输的物理模型和计算方法,计算给出了不同条件下目标位置处的光辐射谱特征。利用材料光谱反射率测量方法,结合光辐射耦合系数计算方法获取了几类材料的能量耦合系数。结果显示:金属、陶瓷材料的光辐射耦合系数相对较小,而碳纤维环氧复合材料的耦合系数可达0.92;采用实际光辐射能谱计算的耦合系数比近似6000 K黑体谱的结果要高,最大约14%。以铝材料为例,光辐射耦合系数随当量及爆心距离增加均表现出逐渐减小的趋势,但总体变化幅度不大。

挤压铸造工艺制备SiC3D/Al复合材料辅助模具研究

使用挤压铸造工艺,采用新型辅助模具成功实现高陶瓷体积分数SiC_(3D)/Al复合材料的制备,研究了辅助模具上开孔位置、孔径大小对复合材料致密度的影响规律,并分析了挤压铸造过程中辅助模具开裂导致浸渗失败的原因。试验结果表明,当开孔面积比大于20%时,无论是面板中心位置开孔、四周位置开孔还是全位置均布开孔,其浸渗致密度均在95%以上。当面板开孔孔径小于1 mm时,复合材料的致密度不足75%,而开孔孔径大于12 mm的复合材料浸渗率均在95%以上,开孔孔径对浸渗结果影响显著。建立了辅助模具厚度方向临界强度计算方法,针对本文所用90 mm×90 mm×28 mm辅助模具,其面/背板的连接强度应大于4.82 KN方能防止其挤压铸造过程中的开裂,壁厚为5 mm的焊接辅助模具和整体辅助模具都能满足上述强度要求。

工艺参数对SiO_2/PEG分散体系流变性能的影响及机理分析

用应力控制流变仪考察了合成温度和分散时间对SiO2/PEG分散体系流变性能的影响,实验结果表明,随着合成温度的升高,分散体系的表观粘度增大,剪切增稠行为显著;随着分散时间的延长,分散体系的表观粘度减小,剪切增稠行为不明显。进一步探讨了工艺参数影响SiO2/PEG分散体系流变性能的机理,研究表明,合成温度和分散时间主要是通过改变分散体系中气相成分的量而产生影响,体系中气相成分越多,其粘度越大,剪切增稠的特性也更加明显。

钛合金热轧板高应变率塑性行为的研究

以10mm厚度的热轧钛合金板TC4为原料,通过Hopkinson压杆实验和强迫剪切实验,对高应变率下的厚板钛合金的塑性行为进行了研究和分析,得到了不同热处理制度下材料的真实应力-应变曲线,并观察了不同热处理制度下试验后材料的微观组织。

低应变率荷载作用下梯度泡沫铝力学性能研究

泡沫铝在工作状态下受到偶然低速荷载冲击作用会降低其吸能特性。本工作研究了匀质和梯度泡沫铝的准静态力学性能,测试了不同应变率(4×10^(-4)s^(-1)、3×10^(-3)s^(-1)、1×10^(-2)s^(-1))下梯度泡沫铝的压缩性能变化规律,同时采用X射线计算机断层扫描(X-CT)测定其压缩变形失效模式,探明了应变率及相对密度对梯度泡沫铝压缩吸能的影响规律。实验结果表明:在低速荷载作用下,匀质泡沫铝沿壁厚最薄弱区域开始变形,直至破坏;梯度泡沫铝则逐层压溃,直至失效破坏。相同应变率条件下,泡沫铝的强化倾向能力随相对密度提高而逐渐增强,梯度和匀质泡沫铝的应变率敏感系数分别最高可达0.235和0.210。泡沫铝初始压溃应力、平台应力随应变率提高而增大,梯度(MMH型)和匀质(H型)泡沫铝的初始压溃应力、平台应力分别最高可达10.02 MPa、10.7 MPa和12.89 MPa、10.19 MPa。相比匀质泡沫铝,梯度泡沫铝单位体积能量吸收值最多降低9%。本工作提出了以提高泡沫铝能量吸收效率为目标的最佳设计应力和能量吸收点的设计方法,可为泡沫铝夹芯结构防护面板的设计提供一定的参考。

电磁吸波结构研究进展

医疗、信息、健康、军防安全等领域对电磁防护具有重大需求,优化电磁吸波结构可有效解决电磁参数可调范围小、吸收频带窄和吸波峰值低等问题。通过对电磁吸波材料进行多层、蜂窝和超结构优化设计,可满足电磁吸波材料“薄、轻、宽、强”的设计要求。多层、蜂窝和超结构是首先通过调控材料表层结构形式以提高其与自由空间的阻抗匹配特性,将更多电磁波引入到材料内部从而被吸波剂吸收,并结合材料层间界面、微单元结构空间的多重反射损耗作用,以及微单元结构的干涉、衍射和共振损耗作用,达到提高电磁吸波峰值和频带宽的目的。本文对近年来电磁吸波结构的设计方法、成果与应用进行概括总结,重点分析了电磁吸波结构对电磁波吸收损耗的提升作用机理,对电磁吸波结构的发展方向和未来热点进行了展望。

等离子喷涂La_(0.8)Ca_(0.2)CrO_3高发射率涂层研究

本文以氧化镧、氧化钙、氧化铬为原料，按分子式La0.8Ca0.2CrO3进行配料，球磨后，采用固相合成法制备原始粉末，再经喷雾干燥处理，将其制备成团聚体粉末，并将粉末粒度分布范围控制在20-60μm，采用等离子喷涂法在高温合金基体表面制备高发射率涂层。采用IRE-2型红外辐射仪对其全波段发射率进行了测试，利用XRD对涂层的相结构进行了分析，并对涂层的金相、结合强度及抗热震性能进行了测试。结果表明，所制备的La0.8Ca0.2CrO3涂层结合强度为21MPa，孔隙率为14.8%，在600-800℃高温范围内，其全波段发射率可达0.87-0.88，同时，该涂层试样经1100℃-室温水热震10次后没有发生剥落失效现象，涂层具有良好的抗热震性能。

纳米ZrO_2粉末感应等离子体球化处理工艺研究

采用液体送粉技术及感应等离子体球化技术对纳米YSZ（6%～8%Y2O3-ZrO2）粉末进行了团聚、球化处理,研究了感应等离子体球化处理工艺参数对于粉体球化率的影响,采用三维景深显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射（XRD）研究了球化处理前后纳米YSZ粉末的表面形貌、截面形貌及其相结构。结果表明,采用液体送粉感应等离子球化处理技术,可同时对纳米YSZ粉末进行团聚及其致密化处理,得到的粉末为表面光洁、致密的实心球或空心球粉末,其粒径分布范围为40～100μm;YSZ粉末的相结构在处理前后没有发生变化。

合金元素对SiC/Al双连通复合材料力学性能的影响

采用真空压力浸渗方法制备SiC3D/ZL201A双连通复合材料,借助电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)等分析手段,研究合金元素对SiC/Al双连通复合材料组织结构及力学性能的影响。结果表明:SiC3D/ZL201A界面存在Cu、Mg等元素的偏聚,界面组织结构得到改善;合金元素导致SiC3D/ZL201A压缩强度高于SiC3D/纯铝,弯曲强度低于SiC3D/纯铝;SiC3D/ZL201A失效形式主要表现为界面断裂,SiC骨架呈现脆性断裂,铝合金基体呈现韧性撕裂断裂;合金元素产物通过钝化裂纹,改变裂纹扩展方向,桥联等作用提高复合材料的力学性能。

成分及烧结温度对Fe-Al反应材料反应热的影响

以微米级Fe、Al粉末为原料,通过冷等静压制备了Fe:Al质量比分别为3:7、4:6、5:5的压坯,并利用差示扫描量热仪研究了不同成分配比对压坯反应热的影响,确定出具有最大反应热的压坯成分;采用无压烧结法将该配比压坯烧结成Fe-Al反应材料,并研究了烧结温度对该材料组织结构与反应热的影响。结果表明,质量比为Fe:Al=4:6的压坯具有最大的反应热,达到–589.8 J/g;该压坯在540℃烧结时,生成少量的金属间化合物Al_(13)Fe_4、Fe_2Al_5,使反应热降低,且不利于扩散反应的进一步进行;而在530℃烧结时,无明显金属间化合物生成,反应热略有下降,达到–538.5 J/g。

多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态压缩性能研究

通过压力-浸渗法制备多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料。利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)、S-4800场发射扫描电镜等测试分析手段,探究复合材料制备保温时间和多孔碳化硅性能对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态压缩性能的影响,并揭示了其变形机制。结果表明:保温时间和多孔碳化硅性能对多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料的动态抗压强度都有较大影响,当多孔碳化硅孔隙率为23.77%,平均孔径尺寸为26.72μm时,在复合材料制备浸渗温度为860℃,浸渗后保温6.0 min时,复合材料具有最高的动态抗压强度,为1757 MPa。多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态压缩断裂为脆性断裂,断口微观形貌特征包括SiC陶瓷相上形成具有不同特征的解理台阶,Zr基非晶合金相形成不同形态的脉状花样,非晶相保持相对完整。Zr基非晶合金相能有效阻碍裂纹的扩展,导致非晶相周围的碳化硅碎裂并挤压非晶相整体运动,从而提高了多孔SiC陶瓷/Zr基非晶合金复合材料动态抗压强度。

界面改性对新型SiC_(3D)/环氧树脂复合材料力学性能的影响

三维网络形式的增强体结构具有特殊的空间拓扑均匀性,为多功能复合材料的发展提供了条件。采用无压浸渗工艺,将环氧树脂E51渗入三维网络Si C骨架中,在中温固化条件下成功制备Si C_3D/环氧树脂复合材料。采用偶联剂KH550对其进行界面改性,研究偶联剂的用量对复合材料力学性能及微观形貌的影响。结果表明,制得的复合材料密度为2.85 g/cm3,致密度可达99%以上;一定量的偶联剂能有效提高复合材料的力学性能,并确定其最佳用量为1%。其中,压缩强度提高58.0%,达到595 MPa,抗弯强度提高35.7%,达到140 MPa,断裂韧性提高28.1%,达到2.923MPa·m1/2,动态压缩强度提高52.2%,达到875 MPa。

放电等离子烧结制备B_4C/CeB_6复合材料

以稀土氧化物CeO_2为烧结助剂,采用放电等离子(SPS)烧结工艺制备了B_4C基复相陶瓷。研究了CeO_2添加量(质量分数,%)对B_4C基体的致密化和烧结体硬度的影响,并与纯B_4C样品进行对比。借助X射线衍射和扫描电镜分析了复合材料的物相组成和微观结构。结果表明,CeO_2粉体的添加可以显著提高SPS条件下碳化硼的烧结性能。生成相CeB_6填充在B_4C晶粒之间,提高了制品的相对密度。当CeO_2添加量为4%时,在烧结压力35 MPa和1750℃下烧结,样品的相对密度最高(96.7%),其洛氏硬度可达到89.6(HRA)。

最大时间步长对SiC/Al复合材料浸渗模拟的影响

采用ProCAST软件模拟了SiC/Al复合材料的气压浸渗制备工艺过程,研究了模拟参数"最大时间步长(DTMAX)"对计算精度和计算效率的影响。结果表明,最大时间步长显著改变凝固过程的固相率,从而引起缩松缩孔和残余应力计算结果的明显差异;本研究所用63vol%Si C/Al复合材料浸渗过程且降温过程耗时在2 h以上的工艺模拟,最大时间步长参数优选为5 s,以兼顾计算精度和模拟效率。

界面改性对SiC/Al双连通复合材料力学性能的影响

采用真空气压浸渗技术制备Si C/Al双连通复合材料,研究了Si C_(3D)/Al复合材料压缩强度的应变率效应,以及Si C骨架表面氧化时间对复合材料压缩和弯曲强度的影响规律。结果表明:Si C/Al双连通复合材料抗压缩强度有显著的应变率硬化效应(10^(-3)~10 s^(-1)),最高增幅可达25%。Si C骨架表面氧化可以进一步提高复合材料抗压缩强度,Si C骨架1200℃氧化6 h后所对应的复合材料具有最高的抗压缩强度,在应变率为10^(-3) s^(-1)时,其抗压缩强度相比于未氧化处理的复合材料提升幅度达10%;其原因是,氧化处理改变了Si C/Al的界面特征,从而影响了复合材料的断裂行为。但是,Si C骨架氧化处理几乎没有改变复合材料的抗弯强度。

TC21钛合金动态力学性能和抗弹性能的研究

采用分离式霍普金森压杆和终点弹道实验装置,研究了α+β区和β区锻造的TC21钛合金的动态力学性能和抗弹性能。结果表明:在动态压缩试验条件下,α+β区锻造的TC21钛合金较之β区锻造的TC21钛合金具有更高的动态强度,而β区锻造的TC21钛合金的临界断裂应变更大,具有更好的动态塑性变形能力;在12.7 mm穿甲弹侵彻条件下,无论是α+β区还是β区锻造的TC21钛合金靶板的抗弹性能均与TC4钛合金靶板的抗弹性能相近,这可能是由于TC21钛合金和TC4钛合金靶板都易于发生绝热剪切破坏所导致。α+β区锻造的双态组织靶板的损伤模式为塑性扩孔导致的背部崩落破坏模式,β区锻造的片层组织靶板的损伤模式为脆性破碎模式;2种组织靶板的失效破坏均为绝热剪切带和其诱发的裂纹所导致。

片层宽度对TC21钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律

研究了冷却速率对TC21钛合金片层宽度的影响,并通过分离式霍普金森压杆,进一步研究了片层宽度对动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明:随着冷却速率的降低,片层组织TC21钛合金的片层宽度由0.57μm增宽到6.49μm;在动态压缩试验条件下,片层组织随着片层宽度增加,动态强度降低,而塑性应变呈现出相反的规律;在强迫剪切试验条件下,片层组织随着片层宽度增加,其绝热剪切敏感性降低,而随着撞击杆初速的提高,每种片层组织的绝热剪切敏感性均提高。

厚度和层间界面对Ti6Al4V钛合金抗弹性能的影响

开展了Ti6Al4V钛合金的抗弹性能研究,通过对厚度为10～30 mm的均质Ti6Al4V钛合金靶板和总厚度为30 mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板的终点弹道侵彻实验,研究了厚度和层间界面对Ti6Al4V钛合金抗弹性能的影响规律。结果表明:Ti6Al4V钛合金的抗弹性能随着厚度的增加逐渐提高;在靶板厚度由15 mm增加到20 mm时,其抗弹性能出现了陡增,这与其损伤模式由脆性冲塞破坏转变为塑性扩孔破坏有关;层间界面不利于Ti6Al4V钛合金抗弹性能的提高,厚度为30mm的单层均质Ti6Al4V钛合金靶板的抗弹性能优于总厚度为30mm的(15+15)mm双层Ti6Al4V钛合金靶板,这与双层靶板的层间界面几乎无剪切强度有关。

等离子喷涂ZrC涂层耐烧蚀性能与机理研究

采用等离子喷涂工艺在C/SiC基体材料表面制备了较为致密的W粘结层和ZrC耐烧蚀涂层,利用氧乙炔火焰测试其抗烧蚀性能。结果表明:涂层具有良好的抗烧蚀性能。经烧蚀距离30 mm的氧乙炔烧蚀300 s后,涂层的质量烧蚀率为1.7×10^(-3)g·s^(-1),仅为无涂层试样的68%;线烧蚀率为4.0×10^(-4)mm·s^(-1),仅为无涂层试样的30%。随着烧蚀距离的减小,涂层的质量烧蚀率不断增大,线烧蚀率不断减小。试样表面温度梯度导致涂层存在3种典型烧蚀形貌,中心致密区,过渡区以及边缘疏松区。温度较高的中心区氧化产物为WO_3,其发生熔融并填充涂层内部孔隙和裂纹,形成致密层,且与ZrO_2所产生的协同效应有效降低了机械剥蚀几率,烧蚀以热化学烧蚀为主;温度较低的边缘区烧蚀产物未发生熔融且呈现疏松状,烧蚀主要表现为热化学烧蚀和机械剥蚀。

等离子喷涂制备ZrB2/SiC/Ta2O5涂层抗烧蚀性能研究(英文)

为了提高C/C复合材料的抗烧蚀性能,通过等离子喷涂法在C/C表面制备了Si C/Al_2O_3内层和Zr B_2/Si C/Ta_2O_5外层的双层涂层,通过XRD,SEM和EDS分析了涂层烧蚀前后的物相组成、微观结构和成分分布。烧蚀前涂层表面没有裂纹并且内层与基体、内层与外层之间结合良好。元素Zr、Si、Ta在涂层表面的分布相近,涂层表面成分分布均匀性良好。通过氧乙炔火焰在1800℃下对涂层的抗烧蚀性能进行考核。烧蚀过程中形成的镶嵌结构有利于阻挡氧气的渗入,Ta-Si-O玻璃层的形成封填了涂层孔隙,对基体有良好的保护效果,涂层表现出了较好的抗烧蚀性能。