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连续SiC纤维及其复合材料以其优异的耐高温、抗氧化以及机械性能在航空航天以及核领域有着广泛的应用前景。先驱体转化法已成为制备连续SiC纤维最重要的方法。特定异质元素的引入可以有效改善SiC纤维的性能。本文结合我们团队近40年在先驱体转化法制备高性能SiC纤维领域的相关工作, 首先综述了异质元素的引入方式, 主要包括物理共混和化学改性；从提高先驱体的陶瓷产率、促进纤维烧结致密化, 提高SiC纤维的耐高温性能以及拓展SiC纤维的功能化应用等方面阐述了异质元素的作用和机理；然后分别介绍了国内外含Ti、Al、Zr、Fe、B以及难熔金属（Hf、Ta、Nb）等含异质元素SiC纤维的组成、结构与性能以及发展现状, 最后对陶瓷先驱体体系构建、异质元素种类含量与纤维性能构效关系研究、以及纤维工程化应用等研究方向进行了展望。
取向硅钢是重要的铁芯材料, 而常化是目前生产高磁感取向硅钢不可或缺的工业生产工序, 它可以调整热轧板的组织、织构和抑制剂析出从而改善硅钢磁性能。本文综述了取向硅钢热轧与常化组织的遗传性规律与常化过程中抑制剂的演变规律, 重点讨论了常化对初次再结晶和二次再结晶组织与织构的影响规律, 指出常化组织中细小γ-晶粒群有利于二次再结晶, 而大的变形α-晶粒与λ-晶粒不利于二次再结晶。最后针对低温加热渗氮型高磁感取向硅钢推荐了能最优化磁性能的三段式常化工艺及其参数。而如何在保证获得同等织构组分与抑制剂含量的基础上进一步简化工艺以及常化工艺在薄板坯连铸连轧和薄带连铸生产取向硅钢中的合理应用将是未来常化发展的重点方向。
随着航空发动机与燃气轮机涡轮进口温度的不断提高, MCrAlY（M=Ni, Co或NiCo）包覆型涂层因具有抗高温氧化以及高的热膨胀系数等优点, 成为广泛应用的热障涂层金属黏结层材料。然而, 高温服役环境下热障涂层中金属黏结层与陶瓷面层界面应力分布状态愈加复杂, 黏结层界面失效导致陶瓷面层的剥落, 限制了其在热防护涂层领域的发展。本文简述了黏结层的发展进程, 重点阐述高温相转变、热应力和生长应力增加以及S元素扩散等因素导致的黏结层界面的失效行为, 分析黏结层界面失效机理, 归纳总结了国内外针对金属黏结层界面失效的改进研究工作, 并在此基础上提出采用稀土及纳米颗粒协同强化MCrAlY材料, 为未来热障涂层体系的优化设计提供了研究方向。
采用激光选区熔化成形（selective laser melting, SLM）技术制备TCGH（TC4+GH4169）复合材料, 探究TCGH钛合金复合材料的最佳成形工艺参数, 并研究沉积态试样和热处理试样的显微组织与力学性能。结果表明：TCGH钛合金复合材料的最佳工艺参数为扫描速率900 mm/s、激光功率150 W, 致密度达到99.5%以上。GH4169粉末的添加改变了TC4钛合金材料的固态相变行为, 沉积态组织呈现明显高温凝固特征, 使得逐行扫描搭接和逐层扫描堆积成形特征变得明显, 沿打印方向原始粗大柱状β晶粒尺寸明显减小, 复合材料抗拉强度提升。与沉积态试样相比, 950 ℃热处理后, 试样显微组织转变为近等轴组织, 同时随着热处理温度上升, 第二相的回溶导致复合材料的固溶强化作用占主导地位, 使得复合材料抗拉强度和塑性均得到提升。
采用真空浸渍树脂的方法制备燃料电池复合材料双极板, 研究真空浸渍过程环氧树脂稀释剂的添加量、温度以及石墨的孔隙结构对浸渍树脂量的影响, 并考察制备的燃料电池双极板的导电性能、抗弯强度以及气密性能。结果表明：环氧树脂稀释剂含量的增加和温度的提高可以降低树脂黏度, 进而提高树脂的浸渍上限, 使树脂能够浸渍填充到更微小的孔隙中, 同时仍然存在着一些孔隙无法填充浸透, 在膨胀石墨板中0.1 μm以下的孔隙难以被完全渗进, 导致树脂无法完全填满膨胀石墨的整个孔隙。采用真空浸渍法浸渍环氧树脂/稀释剂体系的适宜温度为50 ℃, 稀释剂乙二醇二缩水甘油醚最优添加比例为15%（质量分数）, 所获得的双极板EGP-H平面电导率为340.12 S/cm, 抗弯强度为41.52 MPa, 氦气渗透率为5.4×10-7 cm3·cm-2·s-1。
以Er2O3和正硅酸乙酯（TEOS）为原料, 采用并流共沉淀法合成了纳米Er2SiO5粉体。研究了前驱体Si/Er摩尔比、煅烧温度以及反应体系pH值对Er2SiO5物相组成和显微结构的影响, 并探讨了Er2SiO5粉体的合成机理。结果表明：前驱体Er/Si摩尔比为20∶12, 煅烧温度为1300 ℃时, Er2SiO5粉体由X2-Er2SiO5纯相组成, 具有近球形形貌特征。低Er/Si摩尔比可降低Er2SiO5的结晶温度并促进X2-Er2SiO5的生成, 反应体系pH值的升高则对⁅Si—O—Er⁆结构的生成具有一定的促进作用。Er2SiO5前驱体是以⁅Si—O—Er⁆网络结构形式存在的, 煅烧过程中通过分解和结构重组逐步生成Er2SiO5, Er2O3杂质相的生成是高Er/Si摩尔比前驱体⁅Si—O—Er⁆网络结构中的Er3+在Er2SiO5结晶过程中的析出造成的。
开展激光选区熔化（selective laser melting, SLM）TC4合金高周疲劳行为实验研究, 对比分析两种取样方向（水平、垂直）、两种温度（室温、400 ℃）条件下合金的疲劳性能差异, 探索了通过热等静压（hot isostatic pressing, HIP）方式提升合金疲劳性能的可行性。结果表明：退火热处理后, 合金疲劳性能存在显著的各向异性, 垂直方向试样疲劳性能高于水平试样；相较于室温, 400 ℃条件下合金的疲劳寿命降低, 但仍存在各向异性；热等静压后, 合金的疲劳寿命呈现出一定程度的提升, 疲劳性能各向异性趋势减弱。断口分析显示, SLM TC4合金裂纹主要起源于表面与亚表面缺陷处, 以气孔为主, 统计分析表明, 垂直试样的源区缺陷尺寸要低于水平试样, 这是导致合金水平试样疲劳性能降低的主要原因；热等静压后, 合金水平和垂直试样裂纹均萌生于表面滑移处, 此时合金的孔隙率显著降低, 已无明显缺陷, 而缺陷数量的减少是合金疲劳性能提升的主要原因。
为了研究拓展Inconel718合金在高温环境下的应用, 使用激光熔覆在其表面制备Co/TiN复合涂层, 并结合XRD、SEM和EDS等分析方法, 探究其在室温和600 ℃下的摩擦学行为及800 ℃下的抗氧化性能。结果表明：制备的涂层硬度相对基体有所提高, 约为基体的1.3~1.4倍。另外, 涂层中的物相主要为固溶体及金属间化合物。对涂层的摩擦学性能进行测试, 当TiN添加量为4%（质量分数, 下同）时, 涂层的减摩性能最好；而添加量为6%时, 涂层的耐磨性最好, 磨损率最大可降低90.02%。此外, 氧化实验表明：Co/TiN复合涂层具有一定的抗氧化性能, 氧化速率为8.7634 mg2·cm-4·h-1, 与基体相差不大。由此说明该复合涂层在保留基体抗氧化性的同时, 能够大幅降低高温下的磨损率, 且磨损率随着TiN的增加而减小。通过磨损机理分析可知, 在600 ℃下各涂层均发生氧化磨损, 其表面氧化膜的产生一定程度上也有助于降低磨损率。
以聚乳酸（PLA）为基体, 聚己二酸-对苯二甲酸-丁二酯（PBAT）为增韧剂, 聚乙二醇（PEG）为增塑增容剂, 利用双螺杆造粒机, 通过熔融共混的方法制备了不同PBAT含量的PLA/PBAT/PEG共混切片, 并对共混切片的熔融指数、热稳定性、脆断截面的微观形貌进行了分析, 结果表明：PEG对PLA/PBAT复合基体增塑增容效果良好, 使得PBAT可均匀分散在PLA基体中, 呈现出典型的“海岛”结构, 提高了PLA基体的韧性。利用往复式熔喷机, 制备了PLA/PBAT/PEG复合熔喷非织造布。通过同步热分析仪、扫描电镜、电子万能试验机研究了PBAT含量对复合熔喷非织造布的热性能、微观结构和力学性能的影响。拉伸测试结果表明, 适量的PBAT与PEG可以对PLA基复合熔喷非织造布起到协同增强增韧的作用, 其中PLA-3（PBAT在PLA/PBAT复合基体中的质量分数为3%）复合熔喷非织造布与同工艺纯PLA熔喷非织造布相比, 横向断裂强力提高48.8%, 纵向断裂强力提高28.7%, 横纵向断裂伸长率均提高一倍以上。
采用有限元方法研究了聚碳酸酯在中应变率下挤压形变的力学行为。基于DSGZ本构模型, 开展聚碳酸酯圆柱单轴压缩形变有限元模拟, 对比模拟与实验结果, 计算模型预测准确度, 分析材料压缩形变后的多物理场分布, 验证模型对压缩力学响应预测的有效性。模拟聚碳酸酯平板在侧向受限挤压模式下的固态形变, 获得了制件的力学演变规律。结果显示, 单轴压缩模拟与实验应力-应变曲线吻合度高, DSGZ模型可较为准确地预测压缩弹-塑性形变过程中的应力-应变关系。在圆柱单轴压缩形变与平板挤压形变模拟中, 材料整体变形均匀, 应力响应温度变化比响应应变率变化更敏感。模拟结果有效地反映了聚碳酸酯挤压形变力学特性, 可成为聚碳酸酯挤压形变工程实现的重要依据, 为材料强化及其在飞机座舱透明件中的应用提供有力支持。
采用粉末冶金法制备了Ti-13Nb-5Sn牙科合金, 研究了不同球磨时间（3, 12, 24, 48 h）对粉末特性、材料微观结构、电化学腐蚀和摩擦学行为的影响规律。结果表明：随着球磨时间从3 h增加至48 h, 粉末形貌由大块状逐渐变成细小颗粒, 部分Nb和Sn原子扩散到Ti晶格中, 形成了一定体积的Ti（Nb）和Ti（NbSn）固溶体；等轴α-Ti减少转变为柱状的晶界α-Ti, 网篮组织转变为魏氏组织；动电位极化曲线显示, 合金在人工唾液（AS）和模拟体液（SBF）中的腐蚀电位（Ecorr）和极化电阻（Rp）呈上升趋势, 腐蚀电流密度（Icorr）呈下降趋势, α-Ti减少, β-Ti增多, 使得合金耐腐蚀性能提升；合金的硬度升高, 而摩擦因数、磨痕深度和磨损率逐渐降低, 细化粉末在烧结中会产生更多的晶界, 使得合金的耐磨性能提升。机械合金化结合模压烧结制备的Ti-13Nb-5Sn合金显示了良好的耐蚀与耐磨性能, 在牙科领域具有潜在的应用前景。
在氧化石墨烯分散液中加入十二烷基糖苷作为发泡剂形成氧化石墨烯微泡团聚体, 通过浸渍法与聚氨酯海绵骨架复合后经过液氮的极速冷冻以及肼蒸气的还原, 构筑了一种有着特殊三维分级多孔结构兼具超疏水和柔性压阻传感性能的还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵。结果表明：基于还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵的柔性应力应变传感器的灵敏度系数（GF）最高可达3.8, 响应时间低至45 ms；另外, 还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵还具有良好的超疏水性, 水接触角（WCA）达152.5°, 在潮湿及水下等复杂环境中具有潜在的应用价值。
采用动电位极化、电化学阻抗技术、Mott-Schottky分析和恒电位极化研究（40-x）Zr-30Ti-20Nb-10Al-xTa（x=0, 2, 4, 原子分数/%, 下同, 简称Tax合金）高熵合金在0.3 mol/L LiOH溶液中的钝化膜形成机制和耐腐蚀性。结果表明：Ta的适量（2%）加入可形成致密氧化膜从而提高合金体系的耐腐蚀性, Ta的过量添加（4%）造成氧空位浓度升高, 耐腐蚀性下降。Ta2合金的腐蚀电流密度为49.66 nA/cm2, 小于Ta0, Ta4合金的腐蚀电流密度（201.40, 70.16 nA/cm2）。Ta2合金钝化膜内的氧空位点缺陷浓度为9.79×1018 cm-3, 小于Ta0, Ta4合金的氧空位点缺陷浓度（2.13×1019, 2.05×1019 cm-3）, 具有最致密的钝化膜结构。合金的钝化膜是由ZrO2, Nb2O5, TiO2, Al2O3, Ta2O5组成的稳定n型钝化膜。其中, Ta2合金的氧化膜内ZrO2, Nb2O5, TiO2氧化物含量最高, 延缓了原生氧化膜的溶解速度, 保护基体不被继续溶解, 具有最佳的耐腐蚀性。
采用光学显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜等研究固溶处理、时效处理后Mg-12Y-1Al合金的显微组织, 利用拉伸实验分析热处理前后合金在室温及高温200 ℃下的力学性能, 使用电化学方法测试热处理前后合金的耐腐蚀性能。结果表明：Mg-12Y-1Al合金的铸态组织由α-Mg基体、Mg24Y5相和Al2Y相组成。Mg-12Y-1Al具有优异的高温热稳定性, 在520 ℃×16 h（T4）固溶处理后, 晶粒没有长大, 产生新的长周期有序堆垛相（LPSO）；225 ℃×30 h（T6）时效处理对组织的影响不大。与室温下的性能相比, T4态合金在200 ℃下的极限抗拉强度没有降低, 而伸长率由室温的1.3%提高至12.5%。此外, Mg-12Y-1Al合金经固溶及时效处理后耐腐蚀性能得到提升, 腐蚀电流密度由铸态的2.799×10-5 A/cm2降低至1.551×10-5 A/cm2。
为了对2319铝合金电弧增材制造构件各项指标做出定量化分析, 拟合出不同工艺参数、试样孔隙率与抗拉强度值之间的空间曲面表达式, 构建电弧增材制造“工艺-组织-性能”对应法则。基于广义模糊合成运算法则, 建立工艺参数、组织缺陷和力学性能之间的归一化模糊评定模型, 获取2319铝合金电弧增材制造最优工艺参数。结果表明：随着送丝速度增加, 孔隙率基本呈上升趋势；随着扫描速度的降低, 孔隙率基本呈下降的趋势。当扫描速度为0.035 m/s时, 孔隙率与抗拉强度的关联性最低, 拟合曲线的决定系数（coefficient of determination, COD）仅为0.6。当送丝速度为5.0 m/min且扫描速度为0.025 m/s时, 专家综合评分值最高, 说明该工艺参数组合最优。
采用MIG焊使用ER5356焊丝进行3 mm厚7075铝合金对接焊, 焊后接头进行T6热处理。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜与能谱仪结合室温拉伸、显微硬度与电化学腐蚀分析接头组织、力学性能与耐蚀性。结果表明：焊接时熔池流动将母材熔化部位的Zn, Cu等合金元素带入焊缝, 析出MgZn2与AlCuMg相, 成为焊缝进行热处理强化的基础；热处理后, 大部分析出相溶入基体形成固溶+时效强化, 接头抗拉强度提升20%, 焊缝硬度提升18.4%, 耐蚀性提高。但由于从母材流入焊缝的合金元素含量有限, 焊丝与母材力学性能的差异与热影响区软化现象无法消除。
借助场发射扫描电镜（SEM+EBSD）、快速升温管式炉和交流磁性能测量仪研究高强无取向电工钢冷轧变形组织和磁性能随冷轧压下率的变化规律。结果表明：冷轧高强无取向电工钢中形成含有大量亚结构的粗糙条带和变形量较小的光滑条带。粗糙条带具有γ取向, 主要为{111}〈110〉, 光滑条带具有{112}〈110〉和{001}〈110〉取向。粗糙条带中存在大量宽度约为2~3 μm的剪切带, 与轧向呈20°~35°夹角, 且随压下率增大, 数量逐渐增多。剪切带与基体间具有一定取向差, 随压下率增大, 剪切带逐渐从{111}〈110〉取向转向{223}〈110〉取向, 与基体间取向差逐渐增大。退火后Goss和{111}面织构增多, {001}面织构减少；轧向磁感应强度增大, 横向磁感应强度减小, 各向异性显著, 铁损下降。
为了降低反应能耗, 利用螯合剂辅助法, 通过在硝酸铝(Al(NO3)3)溶液内分别添加乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)、柠檬酸钠(SC)和酒石酸钾钠(PST)三种螯合剂制备转化液, 然后将镁合金样品直接浸泡在三种转化液中, 于60 ℃, pH值为12.0下反应9 h, 即可在镁合金表面制得不同螯合剂掺杂的Mg-Al层状双氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)膜。通过SEM, XRD, FT-IR等分析各LDHs膜的微观形貌、物相组成和耐蚀性。结果表明：螯合剂辅助法可以在常压、60 ℃环境下于镁合金表面成功制得具有典型层状结构的LDHs膜；并且所得的三种Mg-Al LDHs膜均能有效提高镁合金的耐蚀性。然后通过对比研究三种不同LDHs膜层的结构性能发现：添加PST制备得到的Mg-Al-PST LDHs膜致密度最高、厚度最大, 可达1.4 μm。三种膜层对镁合金耐蚀性的提高效果依次为：Mg-Al-PST LDHs > Mg-Al-SC LDHs > Mg-Al-EDTA LDHs；其中覆盖Mg-Al-PST LDHs膜的镁合金相比空白镁合金, 其腐蚀电流密度下降约两个数量级, 腐蚀总电阻上升约一个数量级。基于对所得LDHs膜的结构、性能分析可知螯合剂辅助法可在较低能耗条件下, 在镁合金表面原位制备耐蚀性较好的Mg-Al LDHs膜的原因可能是：螯合剂中的羧基可加速Al3+在镁基底的沉积, 并促进Al3+对Mg(OH)2中部分Mg2+的取代而形成LDHs。
为了有效提升氧化铝材料的冲压机械强度, 通过表面涂覆的方式对该材料的孔道结构进行改性。利用DL-3型强度测试仪测试发现, 表面涂覆氯化铝的氧化铝样品在100~1100 ℃的温度范围内焙烧后, 冲压机械强度从35 MPa提升至51 MPa, 表面涂覆铝基络合的氧化铝样品在相同条件下, 冲压机械强度从21 MPa提升至46 MPa, 相比较而言, 无表面涂覆的氧化铝样品在相同条件下, 冲压机械强度从17 MPa提升至39 MPa。结合扫描电镜和X射线衍射等表征发现：氯化铝和铝基络合物的表面涂覆对氧化铝材料晶体类型影响较小, 但是能够有效填充氧化铝材料的基体孔道, 增加载体的密实程度, 进而有效提升氧化铝材料的冲压机械强度。另外, 相对于表面涂覆铝基络合物的氧化铝样品, 表面涂覆氯化铝的氧化铝材料经过高温焙烧后比表面积更大、孔径更小、孔径分布也更为集中。更为重要的是：表面涂覆氯化铝的氧化铝样品, 经过高温焙烧后表面会形成利于稳定活性金属的粗糙形貌。
以Ni-Mn-Ga合金微丝为基础分析Fe元素掺杂前后对合金微丝的形状记忆效应的变化。用真空磁控钨极电弧熔炼炉制备Ni-Mn-Ga-Fe合金, 并用高真空精密熔体抽拉设备将母合金制备成微丝。采用EDS能谱分析仪、DSC差示扫描量热分析仪、XRD、DMA动态机械分析仪, 研究Fe元素掺杂Ni-Mn-Ga合金微丝后的物相、马氏体相变行为、微丝的形状记忆效应。结果表明, Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝显示的是四方结构马氏体相和面心立方结构奥氏体相的混合相, 对微丝采用步进式阶梯有序化热处理, 有序化热处理能有效降低微丝内部缺陷, 释放内应力, 细化微丝内部晶粒, 收缩晶格体积, 马氏体孪晶界面更加平直, 孪晶面更易移动, 微丝的伸长率提高。在258 K下对制备态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆的测试, 拉伸到350 MPa后卸载到0 MPa, 随后将微丝升温到奥氏体态后, 应变恢复率为78.75%, 而在289 K对有序化热处理态Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行单程形状记忆测试, 应变恢复率达到100%。在126 MPa和240 MPa下分别对有序化热处理态三元Ni-Mn-Ga合金微丝和Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝进行恒应力拉伸, 两种微丝双程形状恢复能力均接近100%, 但Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝在发生形变时的弹性应变储能略高于Ni-Mn-Ga合金微丝。Fe的加入使得到的合金微丝的力学性能高于传统三元形状记忆合金微丝；制备态下和热处理态的Ni-Mn-Ga-Fe合金微丝的马氏体相变温度较Ni-Mn-Ga合金微丝分别提高6.0 K和11.5 K, 热滞分别降低6.7 K和1.5 K。
研究碳纤维编织布用于锂离子电池三维一体化正极的可行性, 对三种经过热处理碳布的石墨化程度进行定性分析和定量计算。以锂金属作为对电极, 石墨化的碳布电极在0.1~0.5 V的电压下首次放电比容量分别为83.6, 94.5 mAh∙g-1和115.2 mAh∙g-1, 经过50周次循环充放电后比容量分别为55.0, 80.0 mAh∙g-1和88.0 mAh∙g-1左右。将石墨化的碳布负载LiFePO4后, 电极的首次放电比容量分别为73.2, 109.5 mAh∙g-1和130.2 mAh∙g-1。对于石墨化程度为76.02%的碳布, 经过50周次循环充放电后比容量稳定在90.0 mAh∙g-1左右, 综合电化学性能较好, 更适合用于锂离子电池的一体化柔性正极。通过建立LiFePO4颗粒与碳纤维之间相互作用的力学模型, 探讨一体化正极的力学性能、电学性能和电化学性能之间的关系。将碳布用于锂离子电池一体化正极, 可以简化锂离子电池的常规生产过程, 革新其生产方式。
