陶瓷材料因其高强度、高硬度以及优异的耐高温和抗腐蚀性能,在机械、电子、航空航天和生物医疗等领域具有广泛的应用前景。然而,传统陶瓷制备工艺受限于模具依赖和设计自由度,难以满足复杂构件的高效快速成形需求。激光增材制造(LAM)技术,包括激光粉末床熔融(LPBF)和激光定向能量沉积(LDED),主要通过激光逐层熔覆堆积实现三维实体成形,为复杂形状陶瓷部件的快速、个性化制造提供了革命性解决方案,但激光快速凝固过程中产生的裂纹缺陷严重制约了其性能提升及工程化应用,已成为该领域亟待突破的难题和研究的热点。本文概述了陶瓷材料LPBF和LDED技术的成形原理及其国内外最新进展,重点探讨了陶瓷直接激光增材制造裂纹形成机制、微观组织演化、力学性能及其影响因素,系统总结了成形预热、工艺优化、超声辅助及微观组织调控等抑制裂纹的策略及其效果。最后,展望了陶瓷LAM技术未来的发展趋势与核心挑战,重点围绕多物理场耦合模拟、材料成分优化及多能场辅助技术等方向展开,为推动陶瓷激光增材制造技术的快速发展提供指导。
高温合金空心涡轮叶片是航空发动机的核心高温部件,而用于叶片内部复杂的冷却流道结构成型的陶瓷型芯是叶片制备的关键过渡部件。光固化增材制造陶瓷型芯工艺具有无需模具、精度高、工艺周期短等优点,为复杂结构陶瓷型芯的高精度制备提供了一种可靠的新工艺,其中型芯增材制造过程中的缺陷控制成为高精度陶瓷型芯制备的关键。本文概述了国内外对打印缺陷、脱脂-烧结缺陷控制的研究进展,归纳了缺陷调控机制,从浆料制备、打印成型、脱脂-烧结工艺优化和矿化剂添加等方面综述了缺陷调控的研究现状。在此基础上,提出固化行为、孔隙分布规律与深度学习是未来研究陶瓷型芯的重要发展方向。
机械超材料通过结构单元拓扑设计、多材料配合与尺度协同设计,使材料在宏观层面获得超越天然材料的力学性能调控能力,为突破自然材料约束提供了新思路,在航空航天、深海探测和智能装备等领域具有广阔的应用前景。近年来,随着物理原理创新、设计方法优化和制造方法升级,机械超材料正由单一性能设计,向多功能集成、可编程响应与外场调控方向演进。多功能机械超材料不局限于实现低频减振、负泊松比、各向异性等单一性能,还能通过结构重构实现力-位移曲线、泊松比和波传播行为的动态调节,打破了机械超材料设计后性能固定的局限性。本文系统回顾了面向智能响应的多功能机械超材料的研究进展与发展趋势,重点聚焦准零刚度、负泊松比、带隙调控等功能的机械超材料实现可编程设计与外场驱动多模态的研究现状,并对该项技术的未来发展趋势提出了设想,包括研究应聚焦于高效集成的单胞设计、多物理场耦合下的原位调节模拟与精确设计,基于新型物理机制、智能材料与先进制造技术推动机械超材料从被动设计走向主动智能,实现其在复杂工况下的广泛应用。
氧化锆以其优异的力学性能、不断改进的光学性能和耐用性被广泛应用于牙齿修复中。氧化锆牙齿修复体的CNC加工成熟但不灵活,存在相变风险,可能影响性能和稳定性。增材制造具有高自由度和精度,可以创造出减材制造无法实现的复杂三维几何形状,减少材料浪费、能耗和生产时间。这些特点引起了牙科修复市场对增材制造越来越多的关注。基于氧化锆的修复体作为牙科市场的重要组成部分,在增材制造方面已经实现了与传统制造(CAD/CAM)修复体相当的性能。因此,有必要对氧化锆在牙科修复体制造方面的最新成果进行总结。本文总结了基于最新研究的各种适用于氧化锆基牙科修复体的增材制造方法(包括还原光聚合、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融、黏结剂喷射),提供了可用的牙科材料的制造实例和性能要求,并提出当前牙科修复体增材制造面临的挑战。本综述旨在帮助牙医和研究人员更好地了解氧化锆增材制造的最新技术,并在制造修复体时选择合适的牙科材料和方法。
陶瓷增材制造技术通过高精度结构设计与多材料一体化成型,为催化领域提供了从载体定制到活性位点精准调控的新方法。基于陶瓷增材制造技术制备的催化剂载体具有更高的传质效率、自由成型的几何形态、优异的热稳定性,在降低成本的同时,推动了绿色能源发展。本文综述了应用于陶瓷催化剂载体的四种主要增材制造技术,包括墨水书写成型技术、立体光固化成型技术、数字光投影技术和熔融沉积技术,概述了四种常见的催化剂载体陶瓷体系,总结了陶瓷增材制造技术制备不同类型陶瓷催化剂载体的研究现状,着重讨论了在汽车尾气处理、脱硝处理、化学合成、固体氧化物燃料电池、太阳能热化学循环反应等不同应用场景下催化剂载体的研究进展,最后,对陶瓷增材制造催化剂载体所面临的关键挑战与未来发展方向进行了展望。未来研究应重点围绕新型多功能陶瓷材料体系开发、高精度与多尺度结构协同设计、活性位点与传质行为的耦合调控以及绿色低能耗成型与后处理工艺展开,以推动陶瓷增材制造催化剂载体在能源转化与环境催化等领域的规模化应用。
PA12材料具备良好的热稳定性和耐辐照特性,在深空制造中具有广泛的应用前景。然而,在地面采用熔融沉积成形(fused deposition modeling,FDM)制备的PA12材料普遍存在孔隙率高、层间结合差等结构缺陷,导致其力学性能受限,难以直接在深空环境中使用。为解决这一问题,本研究提出利用深空极端环境条件对打印材料进行改性,提高其力学性能使其满足深空制造对结构完整性和力学性能的高要求。通过模拟深空环境中的典型变量,包括高温热处理、紫外辐照和厌氧固化,系统评估不同工艺对PA12材料微观结构及力学性能的影响。研究表明:200 ℃下热处理10 min,样品弯曲强度提高66.2%;引入3%(质量分数,下同)的光引发剂和4%的光交联剂并紫外辐照2 min后,样品拉伸强度提升17.5%;掺杂3%厌氧胶并辐照2 min后,样品压缩强度提高34.4%。最终,综合多种处理工艺对样品进行协同调控,使样品的拉伸、弯曲与压缩强度分别提高75%、94.2%和62.2%。本研究通过模拟深空极端环境探究其对PA12材料性能的影响,验证了利用深空环境变量对PA12材料进行改性的可行性,为实现高性能弹性构件在深空环境下的在轨制造提供了有效技术路径和理论支撑。
数字光处理(digital light processing, DLP)技术因无需模具,可快速成形复杂结构多孔氮化硅(Si3N4)陶瓷而备受关注。然而,在陶瓷浆料流变性、稳定性和固化性能方面仍面临挑战。本工作通过优化多元光敏树脂配方、分散剂体系及光固化成形参数,成功提升了Si3N4浆料流变与固化性能。研究表明,多元树脂体系HDDA、TMP3EOTA、ACMO按3∶1∶2质量比配制时性能最优,相比含IBOA体系,ACMO因无强共轭基团且吗啉环可稳定光引发剂自由基,实现了Si3N4浆料固化深度95%的提升。引入分散剂Solsperse 41000后,浆料稳定性和流变性进一步提升,随着Solsperse 41000含量的增加,Si3N4浆料黏度先降低后升高,当含量为粉体质量的3%时,浆料黏度降至最低(0.16 Pa·s),而加入过量分散剂将出现粉体多层吸附及自身缠结现象,影响浆料流变性能。基于上述优化,调控激光功率和曝光时间分别为15 mW/cm2和7 s时,可同时满足固化深度与成形精度要求。最后,成功打印出复杂结构Si3N4陶瓷素坯,并制得孔隙率为18.76%、抗弯强度为240.28 MPa的多孔Si3N4陶瓷。本研究为高性能多孔Si3N4陶瓷的制备提供实验依据。
激光增材/渗硅成形碳纤维增强碳化硅(Csf/SiC)复合材料内部Csf易被熔融Si侵蚀,限制了纤维对基体的强韧化效果。针对上述问题,提出采用水热碳化、浸涂裂解工艺在Csf表面分别包覆热解碳(PyC)与碳化硅(SiC)涂层,制备了Csf/SiC复合材料,揭示了纤维表面涂层对Csf/SiC复合材料显微组织及力学性能的影响规律。结果表明:SiC涂层可阻碍Csf与熔融Si的直接接触,避免二者在界面处发生溶解-沉淀反应,从而保护Csf。相较于添加Csf和Csf@PyC的Csf/SiC复合材料,添加Csf@SiC的Csf/SiC复合材料内部纤维仍保留较好的原始结构,而前两者内部Csf均出现反应侵蚀现象。由于SiC涂层保护而保留下来的纤维通过裂纹偏转、涂层脱粘、纤维拔出等机制在一定程度上提升了Csf/SiC复合材料的弯曲强度和断裂韧度,相较于添加Csf、Csf@PyC的Csf/SiC复合材料分别提高了7.1%和8.3%,最大达到246.09 MPa和3.28 MPa·m1/2。通过纤维表面涂层优化实现了Csf/SiC复合材料强度与韧性的协同提升,为LPBF/LSI制备高性能Csf/SiC复合材料提供了一定的理论基础。
立体光固化3D打印技术通过紫外激光选择性固化光敏树脂与陶瓷粉末的膏体,能够实现复杂结构陶瓷型芯的高精度制备。然而,陶瓷膏体在光固化过程中存在光散射问题,导致固化区域扩大,影响打印精度和零件性能。在高固含量、触变性的氧化硅陶瓷膏体体系的基础上,系统研究紫外线吸收剂在光固化3D打印陶瓷型芯试样过程中的作用机制及其对陶瓷型芯性能的影响。通过实验优化紫外线吸收剂的种类和添加量,探讨其对陶瓷型芯试样打印精度、微观结构、烧结收缩率和力学性能的影响规律。结果表明:适量的紫外线吸收剂通过调控光的空间分布,有效降低光散射,不仅显著改善膏体的打印适性,还提升了层间结合、微观结构均匀性和力学性能。然而,紫外线吸收剂的添加量存在最佳阈值。过量添加会导致光强过度衰减,延长单层曝光时间,降低打印效率。通过系统实验优化,确定0.25%(质量分数)的TINUVIN B75为最佳吸收剂种类和添加量,可实现打印精度与效率的最佳平衡。
以氧化铝和碳酸钙粉末为基体材料、聚乙烯醇溶液为黏结剂和乙酸为分散剂制备陶瓷浆料,采用微挤出3D打印成形技术制备多孔氧化铝基陶瓷,研究了多孔氧化铝基陶瓷的孔道结构、厚度对污水过滤性能的影响及其机理。结果表明,采用逐层递增30°填充角度和改变填充率的微挤出3D打印成形方法,成功制备了孔径小于0.1 mm的多层交叉孔结构的氧化铝基陶瓷。交错分布的孔道可对污水进行分流、增大污水的有效过滤面积,较厚的多层级交叉孔氧化铝多孔过滤陶瓷处理污水的路径更长,有利于去除污水中的小分子颗粒。当填充率为90%、多孔陶瓷厚度超过8 mm时,污水浊度的去除率超过90%、过滤后的污水浊度低于10 NUT,满足工业、农业用水要求。基于吸附、筛分-滤饼-深床过滤机理,构建了多层交叉孔与贯通孔的过滤机理模型。兼具亚微米、微米级孔隙的多层交叉孔结构氧化铝基陶瓷在污水的渗透性及过滤能力方面优于贯通孔氧化铝过滤陶瓷,多层交叉孔氧化铝过滤陶瓷在污水处理方面具有较大的应用潜力。本研究成果为微挤出3D打印技术在多孔陶瓷过滤领域的应用提供了有益参考。
为提高氧化钇(Y₂O₃)陶瓷的断裂韧度并实现复杂结构制备,引入氧化铝晶须(Al2O3w)对Y₂O₃陶瓷进行增韧改性,并通过黏结剂喷射打印技术成功制备Al2O3w/Y₂O₃复杂陶瓷零件,系统研究Al2O3w含量(1%、3%、5%,质量分数,下同)对黏结剂喷射成形初坯性能、烧结致密化及力学性能的影响。结果表明:Al2O3w的添加对初坯孔隙率影响较小,但显著优化烧结过程。当Al2O3w含量为3%时,烧结后陶瓷孔隙率最低为57.47%,抗弯强度提升至6.54 MPa,断裂韧度达2.31 MPa·m1/2,相比纯Y₂O₃提高了2.9倍。过量添加(5%)导致孔隙率回升至59.47%,断裂韧度下降至1.54 MPa·m1/2。微观分析表明,Al2O3w通过晶须桥接与裂纹偏转机制抑制裂纹扩展,其最佳掺杂量为3%。
氮化硅晶须作为一种一维单晶材料,具有优异的力学、热学、耐高温、耐腐蚀等性能,是一种广为应用的增强体材料。本文介绍了目前主流的氮化硅晶须制备方法,包括自蔓延高温合成法、碳热还原氮化法、直接氮化法、高温热处理法等,并对比分析了各种方法的优劣,探讨了氮化硅晶须在实际应用中的挑战与解决方案,如界面结合、分散均匀性等问题,系统阐述了氮化硅晶须增强聚合物基、金属基、陶瓷基复合材料的研究现状及应用前景,最后对晶须的制备及应用发展前景作出了展望。
随着高性能航空发动机和未来智能发动机的研制需求的不断提升,对关键部件在热、力复合作用下的应变情况进行监测成为评价材料服役性能、提升设计精准性、实现全生命周期管理的重要基础数据来源。氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)薄膜因其在高温下的稳定性、优异的应变测量灵敏度、导电性等优点,成为测量结构材料高温应变的优选材料。本文概述了电阻式薄膜应变计的基本原理、基本结构和制备方法,并且对目前ITO电阻式薄膜应变计性能提升策略进行了综合分析,以期推动薄膜应变计在航空航天领域的工程化应用。
酚醛树脂材料因具有优异的热稳定性,以及低廉的成本和较短的制备周期,在航空航天热防护领域有广泛应用。通过化学和物理改性的手段,能够将更多功能或新特征集成到酚醛树脂基复合材料中,使其朝着高性能方向发展,进一步拓宽其应用领域。本文详细梳理了近年来酚醛树脂基复合材料在耐热改性方面的研究进展,从热分解机理出发,探讨了针对合成原料、分子结构和热解形貌的改性方法,阐述了其应用前景,深入分析了当前面临的问题,如在极端环境的性能需求仍需进一步提升,提出了酚醛树脂基复合材料高性能化和多功能化的发展方向,对进一步提升其使役性能,扩展应用范围具有重要的意义。
纳米零价铁(nZVI)因其元素含量丰富、还原性强、易回收等优点,常用于硝酸盐废水的还原降解。但其表面易钝化,使得高效反应难以持续,反应高度依赖酸性环境,且与目标反应物选择性较差,与硝酸盐废水反应生成物常以有毒物质氨氮占主导。为此,大量研究人员围绕纳米零价铁与硝酸盐废水高效反应生成无污染的氮气展开研究。本文首先阐述了单独纳米铁降解硝酸盐废水的过程机理,指出纳米铁单独降解硝酸盐废水中存在的局限性。并针对提高纳米铁降解硝酸盐效率及氮气生成率的强化措施进行了归纳总结。归纳发现,提升纳米铁降解硝酸盐效率的关键在于提供足够的质子及减少氧化物的负面影响。而提升氮气产率的主要措施有:(1)纳米铁本身化学性质或结构改变;(2)添加还原助剂;(3)耦合其他工艺。最后对强化纳米铁高效降解硝酸盐废水的多种措施进行点评展望。
采用相图设计与熔铸法制备Al-Si-Mg-Sc-Zr-Sb合金,研究元素添加含量对合金凝固参数的影响规律,分析铸态合金的室温拉伸性能和显微组织。结果表明:铸态组织主要由α-Al基体、Al-Si共晶相、Mg2Si相、Al3Zr相与Al3(Sc, Zr)相组成,Si元素对铸态强度极限影响最大,Mg元素对二次枝晶臂间距(secondary dendrite arm spacing,SDAS)影响最大,液相线温度随Si元素含量增加连续下降,固相线温度随Mg元素含量上升连续降低。Sb元素添加后共晶Si相形貌由针状、长条状转变为短棒状或蠕虫状,长宽比由8.19降至3.31,细小尺寸Al3Zr相、Al3(Sc, Zr)相将铸态晶粒尺寸由272 μm细化至224 μm,Al-6Si-0.7Mg-0.2Sc-0.15Zr-0.12Sb合金铸态抗拉强度、屈服强度与伸长率分别达到211、125 MPa和5.1%。力学性能的提升得益于Al3Zr相、Al3(Sc, Zr)相的细晶强化和共晶Si相的第二相强化,随着Si、Mg元素含量上升,材料断裂机制由沿晶断裂+韧窝断裂的混合断裂机制转变为沿晶断裂为主。
多孔金属铝是一种多孔、低密度的泡沫金属,具有较好的吸能、吸声等性能,在机械制造、航空航天等领域应用广泛。目前,多孔铝的制备大多采用物理、电化学等方法,普遍存在工艺复杂、成本较高的问题。本工作采用低成本的材料挤出成形方法制备多孔金属铝,探究多孔金属铝的成形特征,系统研究铝基浆料固含量、成形参数、烧结工艺对挤出成形多孔金属铝性能的影响,并优化了孔隙结构成功制备出多孔金属铝。结果表明:当铝基浆料固含量为80%(质量分数)时,能够完整挤出成形所需坯体,且未出现坍塌或凹陷;采用针头直径0.34 mm、层高0.22 mm、填充率50%的工艺参数制备坯体,经650 ℃烧结并保温150 min后,所得多孔金属铝性能良好,其抗弯强度为12.57 MPa,孔隙率为53.96%,收缩率为3.19%,满足多孔金属铝的性能要求。
采用热等静压扩散连接工艺制备DD15/SC-4双合金扩散连接接头,系统研究热等静压温度和镀镍层对扩散连接接头微观组织和元素扩散的影响。结果表明:热等静压扩散连接工艺可以实现DD15与SC-4的可靠连接;连接界面两侧形成成分扩散区和组织影响区,连接界面附近有大块γ'相、碳化物和氧化物析出,DD15合金表面约10~20 μm范围发生再结晶,区域内出现碳化物和大尺寸γ'相,距界面20~140 μm范围内γ'相发生粗化;SC-4合金距界面30 μm范围内发生碳化物回溶,界面附近出现大块γ'相。热等静压温度提高后,组织影响区内DD15组织无明显变化,SC-4中大块γ'相消失,连接界面碳化物与氧化物尺寸增大。镀镍层的作用研究表明,连接界面附近出现不同形状的γ'相(长条状γ'相、大块γ'相(>2 μm)、细小γ'相(200~500 nm)),碳化物与氧化物消失,SC-4组织影响区大块γ'相消失。
针对航空发动机燃烧室、涡轮部件均会多次出现短时超温以及可重复使用航天器循环高温的应用背景,实验研究了循环超温热暴露对GH3230合金拉伸性能的影响,并观察分析氧化后表面及内部成分、组织发生的变化。结果表明:表面和内氧化产物在塑性变形过程中的开裂减少了有效承载面积,超温热暴露中晶粒粗化,使得氧化试样室温抗拉强度随超温次数的增加而逐次降低,机加工去掉氧化层后抗拉强度得到一定程度的恢复;该合金表面层形成的碳化物回溶区具有良好的塑性变形能力,可有效阻止氧化物裂纹进入基体,避免产生缺口约束塑性变形效应,使氧化试样保持了较好的拉伸塑性,循环超温10~40次氧化试样的伸长率还略有提高。
为了获得兼具高相变温度和良好冷加工特性的高温形状记忆合金,制备了NiTiTaHf形状记忆合金,通过冷拔获得了直径为0.2 mm的丝材。对不同温度退火丝材的显微组织、马氏体相变和超弹性行为的研究表明,NiTiTaHf合金丝材的超弹性对退火温度十分敏感,500 ℃退火的试样在20~200 ℃的温区内表现出超弹性,且超弹性恢复应变最大可达7.6%;而700 ℃下退火的试样仅在较窄的温区(140~200 ℃)内显示出较小的超弹性恢复应变(最大仅为3.3%)。不同温度退火导致的晶粒变化是引起超弹性差异的根本原因,500 ℃下退火试样的晶粒尺寸约为12 nm,处于应变玻璃态,这使合金具有宽温域超弹性。
采用激光选区熔化(selected laser melting, SLM)技术制备Ti6Al4V合金,并对其进行热冲压处理。通过电化学腐蚀实验和摩擦磨损测试,对热冲压前后试样的耐蚀性能及耐磨性能进行对比研究,并阐明其性能产生差异的内在机理。结果表明:在模拟体液溶液中,热冲压后SLM成形Ti6Al4V试样耐蚀性能降低,腐蚀电流密度增加,钝化膜厚度由3.19 nm降低至1.21 nm。究其原因是,热冲压导致SLM成形Ti6Al4V试样晶粒尺寸由1.37 μm粗化到1.51 μm,小角度晶界比例增加了1.41%,进而导致其腐蚀速率增大,耐蚀性能有所降低。此外,热冲压处理后的试样体积磨损量由0.314 mm3增加至0.474 mm3,耐磨性能下降,其磨损机制为磨料磨损和氧化磨损共同作用。
黏结剂喷射增材制造硬质合金中WC晶粒尺寸的均匀化调控是决定硬质合金综合力学性能的关键,而相关研究却非常有限。通过添加碳化钒(VC)来抑制WC-12Co硬质合金中WC晶粒的异常生长,研究了VC含量对黏结剂喷射打印硬质合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加VC能大幅改善硬质合金烧结件的表面粗糙度,添加0.5%(质量分数,下同)VC和1.0%VC可使硬质合金烧结件的表面粗糙度分别降低21.49%和17.77%。添加0.5%VC和1.0%VC之后,硬质合金烧结件中WC晶粒的D 50由1.83 μm分别减小至1.57 μm和1.61 μm,显著抑制了硬质合金烧结件的WC晶粒生长,促使晶粒更细小,分布更均匀。添加0.5%的VC后,硬质合金烧结件的维氏硬度提升3.3%,抗弯强度提升约3.0%。此外,VC的添加还能显著降低硬质合金烧结件的摩擦因数和磨损率,提升硬质合金的耐磨性。本研究采用黏结剂喷射增材制造技术制备了含VC抑制剂的高性能硬质合金材料,为硬质合金增材制造工艺的发展提供了重要的技术路线和发展方向。
通过电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)及其能谱(EDS)分析和力学性能测试,系统对比Cu、Ni及Cu/Ni复合添加中锰钢在500 ℃时效后的显微组织演变与屈服强度变化,并深入揭示其析出强化机理。结果表明:含Cu钢、含Ni钢和含Cu/Ni钢经500 ℃时效处理因析出强化使屈服强度分别增加了125、540 MPa和575 MPa左右,含Ni和含Cu/Ni钢的析出强化显著高于含Cu钢,主要是因为前两者中析出的纳米颗粒数量远大于Cu钢。虽然加入Cu可促进NiAl相析出,使得Cu/Ni钢中的Cu-NiAl复合析出相尺寸和数量均大于Ni钢中的单一NiAl相,但Cu-NiAl复合析出相析出强化效果并没有显著高于单一NiAl相。这是因为后者单一析出的尺寸小于临界尺寸,通过位错剪切机制实现强化,而前者复合析出相尺寸超过临界尺寸,从而通过位错绕过机制强化,导致析出强化效果减弱,因此Cu/Ni钢的时效析出强化效果并未高于Ni钢。
采用冷喷涂技术在TC4钛合金表面制备CuNiIn涂层,研究气体种类(氦气、氮气)及气体预热温度(500、700 ℃)对涂层显微组织、显微硬度、结合强度及微动磨损性能的影响。结果表明:在相同气体预热温度下,氦气喷涂涂层的孔隙率低于氮气喷涂,显微硬度、结合强度及耐磨性均优于氮气喷涂。气体预热温度由500 ℃升高至700 ℃,两种气体喷涂涂层的孔隙率均显著降低(氦气:1.4%降至0.05%,氮气:1.7%降至0.5%);氦气喷涂涂层硬度由213HV增至292HV,而氮气喷涂涂层硬度由275HV降至237HV;气体预热温度升高对涂层结合强度的影响并不显著,但气体种类对涂层结合强度有显著影响,氦气喷涂涂层的平均结合强度(70 MPa)较氮气喷涂涂层(40 MPa)提高30 MPa;磨损率随气体预热温度升高而降低(氦气:1.8%降至1.41%,氮气:2.21%降至1.51%)。随微动位移幅值的增加,优化参数下的涂层磨损形式由黏着磨损过渡为磨粒磨损。
传统微波等离子体化学气相沉积(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)方法制备的金刚石膜常面临生长速率低、晶粒取向杂乱及非金刚石相缺陷等问题,限制了其光学性能的进一步提升。本研究将CO2作为辅助气体,采用MPCVD方法沉积了高质量金刚石薄膜,并通入不同流量的CO2进行沉积,利用光学发射光谱(optical emission spectroscopy,OES)仪测量不同CO2流量下等离子体的光学发射特征。通过XRD、Raman、SEM对金刚石膜结晶质量、晶粒取向、表面形貌和生长速率进行表征。结果表明:加入一定量的CO2(流量比CO2/CH4=2/6)有利于获得高(110)择优取向(I 220/I 111=18.19)金刚石薄膜,过高的CO2/CH4流量比会增强含氧基团的刻蚀作用,降低晶粒的择优程度;适量CO2的加入对于金刚石结晶质量有较大提升,金刚石特征峰半峰全宽从12.68 cm-1降低至8.26 cm-1;适量添加CO2对金刚石生长有一定的促进作用。本研究在优化的流量比CO2/CH4=2/6的条件下,获得了生长速率4 μm/h的高(110)取向(I 220/I 111=18.19)金刚石薄膜。金刚石自支撑膜经过抛光后在10.6 μm波段的透过率达到71%,在长波红外波段其透过率接近理论值,可满足长波红外光学窗口和极紫外光刻机窗口的需求。
采用间苯二酚二缩水甘油醚(RDGE)对双酚E氰酸酯/双酚A氰酸酯/乙酰丙酮铜共混体系进行改性,制备了无溶剂缠绕环氧改性氰酸酯树脂。研究了RDGE含量对树脂的工艺性能和固化物的力学、热机械、介电、吸湿性能的影响。结果表明:RDGE改性无溶剂缠绕氰酸酯树脂25 ℃下黏度为430 mPa·s,适用于无溶剂缠绕工艺,且施工窗口长达1个月。RDGE对氰酸酯的固化反应具有催化作用,改性树脂体系的固化温度为180 ℃,后处理温度为240 ℃。加入的RDGE与氰酸酯反应生成的恶唑烷酮环增强了树脂固化物的韧性,同时为保持缠绕工艺性而等量减少双酚E氰酸酯导致增韧效果被部分抵消,RDGE含量为20%时树脂固化物的力学性能最优,拉伸强度和模量分别为78.45 MPa和3.50 GPa,断裂伸长率为2.77%,弯曲强度和模量分别为152.49 MPa和3.48 GPa,此时树脂固化物的耐湿性能有所上升,100 ℃水煮100 h的吸水率为1.60%,但玻璃化转变温度、介电性能有所下降,T g为247 ℃,7~15 GHz频率范围内的介电常数为3.04~3.05,介电损耗角正切为0.013~0.014。
为揭示丁腈橡胶(NBR)材料冲击动力学特性的温度敏感性,通过改变加载温度、应变率等参数,设计了不同组合条件下的SHPB冲击测试实验。研究结果表明:随着温度和应变率的升高,试样受冲击后呈现“圆饼状-圆盘状-圆盘开裂状”的变形特征;温度小于70 ℃时,不同应变率下试样应力-应变曲线差异较小,温度敏感性较弱,高于70 ℃时,差异较大,温度敏感性增强;同一应变率下,屈服强度与温度近似呈线性负相关关系,不同应变率下,应变率越大,直线斜率越小即温度对屈服强度影响越显著;温度大于55 ℃时,动态模量与温度呈负相关关系,表现出较强的温度敏感性,小于55 ℃时两者关系不显著。研究结果进一步丰富了丁腈橡胶动力学特性的相关研究,对复杂温度环境下丁腈橡胶材料的选用具有一定的指导意义。