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随着先进航空发动机对于高推重比和高服役可靠性的追求，不断对涡轮叶片材料工艺选用提出更高的要求，采用以镍基单晶高温合金作为基体，叶身外表面涂覆热障涂层的涡轮叶片已成为先进航空发动机的典型特征。镍基单晶高温合金和热障涂层材料的研发、镍基单晶高温合金/热障涂层体系的考核评价是保障涡轮叶片工作安全性的关键，是当前航空发动机领域的研究热点之一。本文对涡轮叶片用镍基单晶高温合金、热障涂层材料的研究及应用情况进行了详细介绍，简要介绍了镍基单晶高温合金/热障涂层体系的考核评价及失效机理研究进展，并从单晶基体/金属底层界面匹配性、新型金属底层和陶瓷面层研发以及考核评价等方面阐述了涡轮叶片用镍基单晶高温合金/热障涂层体系的研究重点，以期为充分发挥镍基单晶高温合金/热障涂层体系使用潜力提供参考。
多温度梯度的互连焊料组合是实现芯片高密度集成的关键，低温焊料合金是实现低温工艺的前提和电子产品高可靠性的保障。本文综述了Sn-58Bi低温焊料、In基（In-Sn、In-Pb、In-Ag、In-Bi）低温焊料以及其他低温焊料（多元合金、高熵合金、Ga基合金）的研究进展，指出含Bi的Sn-Bi焊料无法回避Bi的偏析和脆断，最优选择是焊接过程中利用混合焊料中其他焊料成分或者外加颗粒与Bi反应形成含Bi化合物消耗掉Bi，不丧失Sn-Bi焊料的焊接性的同时与现有的回流工艺相匹配；In基二元或多元低温焊料以及SnBiInX高熵合金，焊接后脆性Bi相和低熔点Bi-In、Sn-In化合物形成不可避免，应摒弃Bi的使用并控制Sn的含量，如采用低熔点Ga或In与高熔点Cu混合形成非冶金结合的混合或复合焊料，低温瞬态液相键合实现低熔点成分熔化温度附近的低温互连，低熔点相消耗殆尽和高熔点化合物的形成是保证焊点高强度和高温服役的前提。
某些光催化材料在光照下会发生电子跃迁，产生的电子-空穴对分离后能产生活性物质，从而实现光催化效应。该技术对缓解能源危机和环境污染具有巨大潜力。为提高光催化效果，可以通过外场调控，例如电场、磁场。磁场调控具有非接触和简便的优势，能够通过促进光生载流子的分离来增强光催化活性，因此在光催化领域备受关注。首先阐述了磁致载流子分离增强光催化的研究进展；然后，从磁场影响溶液吸光度、促进光生载流子分离、调控自旋极化过程的角度详细解释了磁场增强光催化的物理机理；最后，总结梳理了磁场优化光催化的反应条件和磁热效应对光催化的调制机制等方面，旨在为未来提高光催化效率提供科学参考。
本文重点分析了从傅里叶导热到非傅里叶导热的理论革新及其在极端传热领域的关键应用。首先梳理了傅里叶导热定律的经典理论框架及其在常规传热场景中的适用性，揭示其在超快速、超短程、超低温等工况下分析能量传递的局限性；然后深入探讨非傅里叶导热理论，介绍了Cattaneo-Vernotte方程、双相滞后（DPL）模型，通过引入热流密度弛豫时间与温度梯度弛豫时间的双相滞后效应，突破了传统傅里叶导热模型的理论边界。傅里叶传热控制方程应采用傅里叶型边界条件，而非傅里叶传热控制方程应采用非傅里叶型边界条件。针对超常热加工过程的导热模型，文中首次给出了3类非傅里叶边界条件的数学表达式。通过将傅里叶导热模型与非傅里叶导热模型的数值模拟结果与实验测试结果进行对比，发现非傅里叶模型在预测超快速激光焊接、超短程微纳连接等的温度场瞬态响应、热影响区（HAZ）尺寸及工艺参数优化方面具有显著优势，验证了非傅里叶模型对极端传热条件的精准预测能力，为揭示高端装备、极端工况的传热机理提供重要理论支撑。
橡胶材料具备优异的减振、隔声和缓冲功能，以橡胶和金属为原材料设计制造的减振器广泛应用于航空、航天、兵器和船舶等领域。然而，由于采用实验指导设计的方式具有高昂的成本，因此引入有限元仿真以更好地服务于橡胶减振器的设计与优化，显著降低成本。橡胶材料具有高度非线性的特征，建立合适的本构模型来描述橡胶材料的力学特性是有限元分析的重点及难点问题。本文总结了减振用橡胶材料的超弹性和黏弹性的经典本构模型，并结合橡胶材料本身的发展所产生的变化，分析评述其适用性及合理性。通过有限元对橡胶减振器动静刚度、谐振和冲击等问题的分析实例，展示不同本构模型在有限元分析中的应用及计算的准确性。最后指出橡胶材料本构模型的创新和有限元建模的发展方向，如通过对有限元软件的二次开发实现新型本构模型的仿真应用，考虑环境因素和工程实际对本构模型与有限元理论进行创新，探究材料配方和本构模型之间的内在联系等。
为研究燃气轮机高温部件在高温下多层膜结构的形成，开展了镍基铸造高温合金K444在1000 ℃空气中的长期热暴露实验。通过扫描电子显微镜、能量色散能谱和X射线衍射仪对合金表面和截面多层膜结构的形貌、结构和组成进行表征和分析。结果表明：K444合金的多层膜结构由最外层的Cr2O3混合少量的TiO2和NiCr2O4连续氧化层、次外层的Al2O3离散氧化层和最内层TiN富集层组成。热暴露过程中合金氧化膜增厚曲线符合抛物线规律，随着热暴露的进行氧化膜增厚速率逐渐减小。Cr2O3由于较低的热膨胀系数在表面形成最外层的致密氧化层，主要起到阻碍O渗入的作用。含量较少的Al由于在氧化层中较低扩散系数，在次外层聚集形成离散的内氧化层。此外，合金的最内层存在O和N的竞争反应，由于氧分压下降，氮分压相对上升，Ti元素发生氮化反应形成TiN，随着氧化的持续进行，再被氧化成TiO2。研究结果阐明：K444和在1000 ℃长期热暴露过程中多层膜结构的形成机理，为高温下的进一步应用提供了理论参考。
利用扫描电镜、电子背散射衍射研究接头的相变行为，并通过退火热处理提升接头的综合力学性能。结果表明：焊态接头焊缝区（WZ）发生完全动态再结晶及β→α΄相变；热力影响区在热力耦合作用下，棒状α相出现沿摩擦方向的拉长变形，且有明显的分解及破断球化现象；热影响区中晶粒内部棒状α相仍呈原始形态，β转变组织中次生α相在高温下发生完全分解，细小的二次片层状α相在α与β相界处析出。拉伸性能测试表明，WZ为焊态接头的薄弱区域，接头抗拉强度为1048.6 MPa，伸长率为6.1%，断面收缩率为5.7%。570 ℃焊后热处理后，接头WZ析出的大量互相交错的细小二次片层状α相使得WZ基本恢复TC21钛合金的损伤容限组织特征，接头抗拉强度和伸长率分别提升至1131.4 MPa和9.4%。
电弧增材制造2319铝合金的力学性能受析出相分布的显著影响，但冷金属过渡（CMT）技术下的非平衡凝固组织及其在热处理中的演变机制尚不明确。采用CMT技术制备2319铝合金试样，并对部分试样进行T6热处理，研究热处理前后试样上、中、下部3个位置的析出相分布规律，阐明析出相分布与力学性能的关系，并揭示热处理前后试样的力学性能强化机理。结果表明：沉积态试样平均抗拉强度为175 MPa，靠近基板的下部位置，θ相体积分数最高（20.8%），其抗拉强度可达192 MPa；经过T6热处理后，试样上、中、下3个位置的θ相体积分数均减少约80%，同时基体中形成大量细小针状θ′相，这些弥散分布的θ′相起到主要的强化作用，使试样平均抗拉强度达到365 MPa；沉积态与热处理态样品均存在沉淀强化、固溶强化和细晶强化三种强化机制，热处理样品的强度增益来源于针状θ′相所引起的沉淀强化。
本工作研究了模拟海洋大气与工业大气环境中1050A铝合金导体材料的腐蚀行为及导电性能。通过干湿周浸实验和失重法研究了1050A铝合金导体材料在模拟海洋大气与工业大气环境中的腐蚀规律。采用超景深显微镜与光学轮廓仪观察分析了铝合金的腐蚀形貌，分别利用微欧计、电导率测试仪和数字电桥测试了铝导体的导电性能。此外还探索了腐蚀失重、腐蚀速率、表面粗糙度、点蚀坑深度与直径等腐蚀参数的发展变化规律。研究表明：在模拟海洋大气环境下，1050A铝导体腐蚀失重较小，点蚀特征明显，最大点蚀坑深度与最大点蚀坑直径分别达到36 μm和80 μm；而在模拟工业大气环境下，1050A铝的点蚀坑呈现分散分布，点蚀参数发展无明显规律，腐蚀失重倾向于均匀发展趋势。研究发现，2种典型大气环境中随着腐蚀的发展1050A铝合金导体构件的导通电阻与20 ℃电阻值均明显增大，导电性能显著下降。模拟海洋大气及工业大气环境下铝导体的腐蚀行为与发展规律具有显著差异，模拟海洋大气环境下的铝导体点蚀特征明显，导电性能与点蚀坑深度密切相关；而模拟工业大气环境下的铝导体腐蚀失重呈单调发展，导电性能与腐蚀失重具有较高的相关性。因此，可通过点蚀坑深度与腐蚀失重参数分别进行铝导体材料在海洋大气与工业大气环境下导电性能发展趋势的预测。
利用有限元分析软件Abaqus在SiCp/AZ91D镁基复合材料三维模型颗粒界面引入内聚力单元，研究了不同颗粒等效粒径和不同颗粒体积分数的SiCp/AZ91D镁基复合材料在单轴压缩情况下裂纹萌生扩展机制。内聚力单元的引入避免了线弹性力学需要在试件中预制裂纹和裂纹尖端存在奇异性的弊端，提供了一种解决裂纹扩展问题的新手段。结果表明：复合材料的屈服强度和抗压强度均比基体大大提高，而塑性下降；SiCp/AZ91D镁基复合材料微裂纹首先在颗粒与基体交界处萌生，随后沿着切应力最大方向围绕着SiC颗粒边界或尖角处扩展，形成主裂纹；颗粒等效粒径和体积分数的增加会加速复合材料的裂纹萌生扩展断裂过程。
采用电子束熔炼技术（EBS）制备M35高速钢（EBS-M35），并对其进行锻造和热处理。通过X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射仪（XRD）、氧氮分析仪、金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和洛氏硬度计等对EBS-M35进行表征，研究EBS-M35铸态、锻态和回火态下碳化物的分布特点，讨论热处理工艺对EBS-M35硬度和红硬性的影响。结果表明：铸态EBS-M35的碳化物网络间距较小，平均碳化物网络间距仅为22.96 μm，相对于传统制备工艺的碳化物网络间距缩小了64.68%。同时，随着锻造比K的增大，碳化物平均尺寸减小，当锻造比为13时，EBS-M35的碳化物平均尺寸仅为2.97 μm。此外，EBS-M35经淬火和3次回火（560 ℃）热处理后，其硬度峰值为67.2HRC（淬火温度1130 ℃），红硬性（600 ℃）峰值为64.7HRC（淬火温度1160 ℃），相较于传统制备工艺，EBS-M35的硬度提高了0.8HRC，红硬性提高了1.7HRC。
M2高速钢是制备高性能精密切削刀具的重要材料之一。基于激光粉末床熔融（laser powder bed fusion， L-PBF）技术在300 ℃较高基板预热温度下成型了无层间裂纹的M2钢，并研究了扫描参数对致密度、微观组织、硬度及磨损性能的影响。结果表明：激光功率与扫描速度分别为260 W和0.8 m·s-1时，M2钢的致密度在99.4%以上；微观组织主要由细小等轴状铁素体与大量条片状（长度约10 μm）马氏体、下贝氏体构成，未见常规网状粗大共晶碳化物，下贝氏体形成的主要原因是高基板预热温度使得试样在快速冷却过程中能在一定时间内维持马氏体转变点（<200 ℃）以上温度，且热输入增加会提高下贝氏体的含量；高致密度M2钢的硬度（813.2HV0.3）稍低于淬回火锻造母材，但抗压强度（3.51 GPa）和压缩延展性（32%）与母材相当，同时还呈现出优异的耐磨损性能，其磨损率（3.98×105 mm3·N-1·m-1）较母材降低了36.1%。
采用响应面法的中心复合设计对双相不锈钢冷金属过渡与脉冲复合（cold metal transfer and pulse hybrid， CMT+P）电弧增材工艺进行优化，构建了送丝速度，移动速度及脉冲数量与增材件成形质量（沉积宽度、成形误差和奥氏体含量）之间的数学回归模型。通过方差分析、摄动图以及响应曲面研究了不同工艺参数对成形质量的影响规律。结果表明：沉积宽度和奥氏体含量随移动速度增加而减小，随送丝速度和脉冲数量增加而增加；增加送丝速度或移动速度，成形误差先减小后增大，脉冲数量的影响不显著，得到优化的工艺参数为：送丝速度为3.9 m/min，移动速度为5.5 mm/s，脉冲数量12个。
在辊弯成形中，金属板材会经历多次弯曲过程，高强钢在多次弯曲变形过程中体现出的非线性硬化行为以及循环塑性行为如包辛格效应，循环硬化/软化等都会对回弹结果产生影响。针对QP980高强钢，基于Mises屈服准则和各向同性硬化（isotropic hardening， IH）模型、线性随动硬化（Prager）模型、Chaboche随动硬化（Chaboche kinematic hardening， Chaboche-KH）模型、Chaboche混合硬化（Chaboche mixed hardening， Chaboche-MH）模型，在ABAQUS中运用UMAT子程序实现4种模型并进行辊弯成形仿真，通过对比仿真和实验结果，分析高强钢在辊弯成形中可能出现的循环塑性行为及其对回弹的影响。结果发现，对于单道次辊弯成形，是否考虑循环塑性行为并不会影响回弹预测结果，考虑了非线性硬化的Chaboche模型可以得到更精准的预测结果。而在多道次成形中，QP980明显体现出了包辛格效应和循环硬化特性。因此，QP980高强钢在辊弯成形中存在非线性硬化、包辛格效应、循环硬化行为，同时考虑了以上3种材料行为的Chaboche-MH模型对辊弯成形的回弹预测精度最高，单道次成形的预测误差不超过1°，多道次成形的预测误差在2°以内。
六方氮化硼（h-BN）由于其标准的六方晶体结构和较宽的电子带隙，具有优异的导热性能、电绝缘性能和化学稳定性，在导热绝缘领域具有广泛的应用前景。但纯h-BN具有一定的化学惰性。因此，采用液相超声剥离法，用支化聚乙烯亚胺（PEI）对h-BN进行表面功能化修饰以增加其表面活性。将修饰后氮化硼纳米片（PEI-BNNS）与纳米纤维素（cellulose nanofiber，CNF）共混，以PEI-BNNS为导热填料，CNF为基体，采用真空抽滤法制备了柔性复合导热膜。结果表明，氢键增加了导热填料与基体之间的相互作用力，使PEI-BNNS能够更好地分散在CNF基体中。CNF充当“桥梁”连接PEI-BNNS从而形成较为完备的导热网络，使柔性导热膜的导热性能和机械性能有了明显的提高，其中30%（质量分数）PEI-BNNS/CNF导热膜的热导率达到42.59 W/（m·K），弹性模量达到41.89 MPa。
通过引入等效强度因子as 1简化V型切口复合材料板切口应力场，理论推导得到单边V型切口复合材料板切口应力场半解析公式，通过有限元分析拟合得到as 1的简易公式，并结合数值和实验对含切口复合材料板的切口应力场简易评估公式进行验证。结果表明：简易公式与有限元结果和实验结果高度一致。针对含有切口的复合材料板进行疲劳实验，获取V型切口试样的S-N曲线，结合切口应力场和切口应力强度因子K预报公式，拟合切口试样的K-N曲线，结果表明基于切口应力强度因子的K-N曲线具有更低的分散带，可以对含切口复合材料板疲劳强度实现更高精度的评估。
采用分离式霍普金森压杆实验装置（简称SHPB）对缎纹碳纤维织物树脂基复合材料Q/2AJ1011在-55~75 ℃六组温度、三组应变率下的纤维经向和纬向动态力学性能进行了研究，利用扫描电镜进行损伤特性研究。结果表明，该材料在动态压缩下具有明显的温度敏感性，三组应变率下纤维经向和1250 s-1应变率下纤维纬向的压缩强度受温度变化影响基本一致，即以25 ℃为压缩强度峰值点，随温度的升高压缩强度下降，经向压缩强度随温度升高至75 ℃时下降了18%；-25~0 ℃为压缩强度最低范围区间，相比25 ℃下降了23%；随着温度下降到-55 ℃压缩强度较-25 ℃时显著提升；但纤维纬向不同之处是在较低应变率850 s-1和1100 s-1时温度的影响向高温移动，即50 ℃为压缩强度最高点。同时发现在高温下本征脆性材料出现了一定弹塑性行为。材料压缩强度对应变率变化不敏感，变化在10%以内。损伤特性受温度和应变率影响较大，随应变率增大剪切显著增加；受温度的影响为低温下出现集中贯穿分层裂纹，具有明显的脆性断裂特征，高温下裂纹分布较为均匀，脱粘增加，说明高温下界面结合变弱。
为明确上浆剂原料存放时间对国产碳纤维表面性能、工艺性能及其复合材料性能的影响，针对上浆剂原料存放时间分别为3个月、12个月、18个月的国产碳纤维，采用SEM、AFM、XPS表征了纤维表面形貌及元素，采用热重分析法、动态接触角法与毛丝量法测试了纤维工艺性能，并对纤维及复合材料力学性能进行了表征。结果表明：随着上浆剂原料存放时间增加至18个月，纤维表面粗糙度增大，纤维表面O/C比及活性C原子比例明显下降，上浆剂热稳定性明显变差，纤维与LHY-1树脂浸润性变差，纤维耐磨性明显变差，纤维线密度的离散度明显增大，复合材料90°拉伸强度/模量以及层间剪切强度明显下降，且90°拉伸强度的离散度增大。
针对全碳纤维增强聚合物基复合材料在使用过程中耐疲劳性不足的问题，为了构建出兼具耐压力强和耐疲劳性强且价格适中等优点的自行车轮辋，本工作设计和数值分析了一种由层间混杂碳纤维/玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料制成的自行车轮辋。首先，通过环氧树脂和纤维的材料力学性能，采用单胞理论计算得到连续纤维增强复合材料的各向异性的材料力学参数，作为ABAQUS铺层的输入材料参数。随后，从轮辋的侧壁和凸缘两部分的混杂比和铺层顺序出发，计算了碳纤维和玻璃纤维的混杂比和铺层顺序的变化对构件承载性能的影响。通过对多组方案进行设计、计算和对比分析，结果表明：轮辋侧壁的最佳碳纤维与玻璃纤维混杂比为3∶2，轮辋凸缘的最佳碳纤维与玻璃纤维混杂比为10∶16。5万次加速疲劳测试实验证明：采用优化后的铺层混杂比方案指导复合材料自行车轮辋的制备，可以抑制层间裂纹，显著提高复合材料轮辋的抗疲劳性。
采用一步溶剂热法合成NH2-UIO-66装载2-巯基苯并噻唑（MBT）功能化g-C3N4纳米片（UMC），并将其引入到自制的水性环氧丙烯酸酯乳液（WEP）中制成复合涂层（UMC/WEP）。紫外可见光谱分析表明：UMC中负载了约14.2%（质量分数，下同）的MBT，并能释放出MBT。UMC在WEP中能较好分散，涂层断面SEM显示UMC与WEP具有较好相容性。EIS数据表明：经过长达60天的3.5% NaCl溶液浸泡后，UMC/WEP复合涂层的|Z 0.01 Hz|值仍为1.19×1010 Ω·cm2，比空白WEP涂层同期高4个数量级。SEM-EDS表明：在3.5% NaCl溶液浸泡60天后，经UMC/WEP涂层保护的金属表面腐蚀产物较其他3种涂层少，腐蚀产物中铁含量最高，为93.84%，氧和氯含量分别低至6.00%和0.16%。人工划痕UMC/WEP涂层在3.5% NaCl溶液浸泡48 h后阻抗和|Z 0.01 Hz|值均明显增加。UMC/WEP涂层浸泡初期，g-C3N4纳米片的迷宫阻隔效应发挥被动防腐功能，后期腐蚀发生时，NH2-UIO-66框架坍塌及时释放MBT和Zr4+，发挥主动防腐功能。此外，NH2-UIO-66中的Zr4+会与Fe3+和Fe2+竞争OH-，形成保护膜，也有助于减缓金属的腐蚀。
聚合物薄膜电容器因其快速充放电特性在新能源汽车、光伏/风力发电、舰载飞行器弹射系统以及智能电网等国民经济与国防军事领域发挥重要作用，现有最常用聚合物电介质-双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜储能密度较低，不利于储能设备的轻量化与集成化。以高介电常数的聚偏氟乙烯（PVDF）为基体，以线性均聚物聚苯乙烯（PS）为填料制备全有机复合电介质薄膜。为了解决PS在PVDF基体中分相的问题，采用逐层静电纺丝-热压技术制备三明治结构的PVDF/PS/PVDF复合材料。结果显示PS能够显著限制复合材料的铁电弛豫损耗，结合相场模拟分析可知三明治结构能够优化电场分布并抑制载流子迁移，PS质量分数为30%的复合薄膜在446 MV/m的场强下储能密度（U e）与效率（η）分别为11.7 J/cm3与75%，显著提升的储能性能为全有机复合电介质薄膜材料的发展与应用提供基础。
为解决AlCrSiN涂层刀具在干切削时因摩擦因数高导致切削温度急剧上升，严重缩短刀具使用寿命的难题，通过在AlCrSiN涂层中掺杂第六副族Mo元素改善涂层摩擦学性能。采用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术，在不同沉积压强下制备AlCrSiN/Mo涂层，调控涂层成分及结构，利用扫描电镜、电子探针分析仪、Ｘ射线衍射仪、纳米压痕仪、划痕测试仪及摩擦磨损试验机对涂层的成分结构、力学性能及摩擦学性能进行表征。结果表明：随着沉积压强增加，涂层择优生长取向由（111）晶面转变为（200）晶面，组织结构变得更加致密；涂层的临界载荷从65.6 N逐渐增至82.0 N，但沉积速率呈线性降低。当沉积压强为1.6 Pa时，涂层的硬度与弹性模量均达到最高值，分别为20.6 GPa和394.3 GPa；特征值H/E与H 3/E*2也达到最大，分别为0.052 GPa和0.046 GPa，此时涂层摩擦学性能最佳，摩擦因数与磨损率分别为0.59与1.52×10-3 μm3·N-1·μm-1。
