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先驱体转化C/SiC复合材料本征及服役性能研究

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先驱体转化C/SiC复合材料本征及服役性能研究

作者：张笔峰国防科学技术大学

学位级别：硕士

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,是一种很有潜力的热结构材料。本文针对C/SiC复合材料在空间推进系统中的应用要求,以先驱体转化C/SiC复合材料为研究对象,开展了其本征性能及其在服役环境中结构... 详细信息

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,是一种很有潜力的热结构材料。本文针对C/SiC复合材料在空间推进系统中的应用要求,以先驱体转化C/SiC复合材料为研究对象,开展了其本征性能及其在服役环境中结构性能演变的研究。本文首先对C/SiC复合材料室温力学性能进行了全面的表征,并探讨了不同性能间的相关性。研究结果表明:不同测试标准所得材料的弯曲强度和模量存在一定的差异,四点弯曲法测试所得强度离散性小、模量大;在三点弯曲法中,GB6569-86标准的试样宽度较ASTM C1341-00更小,其弯曲强度的离散性较大;C/SiC复合材料的三点弯曲强度(GB6569-86三点法测得)为463.00MPa,且强度服从m=15.52,λ=478.18的两参数Weibull分布;C/SiC复合材料拉伸强度为324.1MPa,拉伸模量为169.3GPa,拉伸泊松比为0.32;弯曲强度与拉伸强度的比值约为1.5;材料的X方向(编织件母向)的压缩强度为57.6MPa,Y方向(编织件周向)的压缩强度为108.1MPa,X方向更易发生基体破坏纤维屈曲失效。表征了C/SiC复合材料的热膨胀系数、热扩散系数、比热容以及热导率等热物理性能,结果表明:C/SiC复合材料在X向和Y向的热膨胀系数存在较大差异,Y向的膨胀系数大于X向的膨胀系数,其随温度升高的增涨幅度较小,X向热膨胀系数随温度升高显著增长;C/SiC复合材料的热扩散系数随着温度升高逐渐减小,室温下其值为2.1mm/s,测试温度为1000℃左右其值约为1.4mm/s;复合材料的比热容和热导率在室温至1400℃的温度范围内存在一定的波动,比热容的波动范围为0.36～0.83J/(gK),热导率的波动范围为1.25～2.67 W·m·K。研究了PCS先驱体转化SiC基体的高温氧化行为,研究发现:由于组成结构的不同,纯SiC陶瓷微粉、PCS1200℃裂解SiC基体以及PCS1800℃裂解SiC基体在1000℃以上空气环境中氧化60min表现出不同的氧化行为,氧化温度1000℃时前两者以SiC氧化为主,表现为增重;而后者由于基体中的自由碳相与SiC相发生了相分离,样品的氧化行为以自由碳的氧化失重为主;氧化温度为1200℃、1400℃和1600℃时,三者均表现为SiC的氧化增重为主;1000℃和1200℃氧化得到的SiO2以无定形态存在,其XRD衍射峰不明显,氧化温度为1600℃时生成的SiO2形成了尖锐的XRD衍射峰。进一步研究了先驱体转化C/SiC复合材料在1200℃、1400℃和1600℃空气环境中的氧化行为,研究结果显示:氧化60min后,复合材料在1400℃下的氧化侵蚀最严重,其失重率高达10.6%,强度保留率仅为60.4%,1200℃和1600℃下的氧化侵蚀程度基本相当,其强度保留率约为80%;C/SiC复合材料在1200℃下的氧化行为表现为典型的扩散控制机理,其残余弯曲强度与失重率成指数关系。研究了C/SiC复合材料在热真空环境、超低温环境以及冷热交变环境等模拟空间环境中结构性能的演变,研究结果发现:C/SiC复合材料在1200℃、6.0×10Pa的热真空环境中处理8h后,材料无任何失重,其弯曲力学性能以及断裂模式无明显变化;C/SiC复合材料在96℃的液氮环境中放置60天后,其弯曲强度和弯曲模量维持在原始样品的450MPa、100GPa左右,其断裂模式继续保持为韧性断裂;C/SiC复合材料经历常压96℃至200℃的冷热交变环境后,其弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度变化不明显,初始试样的上述性能分别为449.5MPa、89.8GPa、73.7MPa,经历不同次数冷热交变实验后这些性能呈现小幅度波动,波动范围分别为30MPa、4.7GPa、10.7MPa;并且与初始试样相比,经历冷热交变后材料的断裂模式以及纤维和基体结合情况没有发生明显变化。探讨了C/SiC复合材料在液体火箭发动机燃气环境中的失效模式,得出当发动机推力室内壁面温度约为1600℃时,复合材料的破坏形式主要表现为机械冲刷破坏,当内壁面温度超过1700℃时,复合材料的破坏形式表现为氧化烧蚀与机械冲刷破坏并存。

关键词： C/SiC复合材料先驱体转化本征性能服役性能

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从先进材料发展看我国科技安全现状和治理

材料导报 2020年第S2期34卷 182-185页

作者：张守明张笔峰张斌军事科学院评估论证研究中心北京100091

先进材料由于其基础性、战略性、先导性作用,已成为大国博弈的手段和工具。通过分析国家安全重点领域与先进材料的关系,发现经济增长、军事建设、能源发展、技术飞跃等都离不开先进材料的战略支撑。进一步对比现实的强烈需求与我国先进... 详细信息

先进材料由于其基础性、战略性、先导性作用,已成为大国博弈的手段和工具。通过分析国家安全重点领域与先进材料的关系,发现经济增长、军事建设、能源发展、技术飞跃等都离不开先进材料的战略支撑。进一步对比现实的强烈需求与我国先进材料领域建设发展实际,凸显出我国科技安全面临着当前卡脖子问题、影响未来发展动能不足问题和颠覆性探索不够问题等三类情况。针对这些问题现状,从先进材料领域出发,提出规划战略布局、重视成果转化、开展技术预见、预警科技安全等方面的意见建议。

关键词：先进材料科技安全治理策略国家安全

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源气浓度对CVD ZrC涂层的影响

稀有金属材料与工程 2013年第S1期42卷 45-48页

作者：张笔峰李伟王松陈朝辉国防科学技术大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室湖南长沙410073

以ZrCl4、CH4为源气,H2和Ar为稀释气体和载气,采用化学气相沉积法(CVD)制备了ZrC涂层,研究了源气C/Zr比对ZrC涂层组成及形貌的影响。通过表征得出ZrC涂层表面比较粗糙,随着源气中C/Zr减小,ZrC涂层表面块状颗粒更致密,颗粒大小趋于一致;... 详细信息

以ZrCl4、CH4为源气,H2和Ar为稀释气体和载气,采用化学气相沉积法(CVD)制备了ZrC涂层,研究了源气C/Zr比对ZrC涂层组成及形貌的影响。通过表征得出ZrC涂层表面比较粗糙,随着源气中C/Zr减小,ZrC涂层表面块状颗粒更致密,颗粒大小趋于一致;ZrC涂层中有Zr、C、O元素,含有化学计量比为1:1的ZrC相和自由碳相,随着源气中C/Zr减小,涂层中Zr的原子分数相应增大,涂层中只有约20%的Zr元素与C结合形成ZrC。

关键词：源气浓度 CVD ZrC涂层

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系统理论视角下的科技安全研究进展

科技导报 2023年第6期41卷 68-73页

作者：王路张守明张笔峰张斌军事科学院战略评估咨询中心北京100091

为探究科技安全研究现状和发展趋势,基于系统理论从科技安全的要素、结构、功能和外部环境对国内外科技安全研究进行综合分析评述。研究表明,科技安全具有较强的整体性、层次性和联动性,未来研究应着重关注科技安全治理、科技安全预警... 详细信息

为探究科技安全研究现状和发展趋势,基于系统理论从科技安全的要素、结构、功能和外部环境对国内外科技安全研究进行综合分析评述。研究表明,科技安全具有较强的整体性、层次性和联动性,未来研究应着重关注科技安全治理、科技安全预警监测体系建设、科技安全对总体国家安全联动影响及评估。

关键词：科技安全系统理论预警监测体系

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颠覆性技术的特征与预见方法

科技导报 2019年第19期37卷 19-25页

作者：张守明张斌张笔峰刘毅军事科学院评估论证研究中心

颠覆性技术事关国家安全,应用于军事领域改变战争规则影响战争胜负,应用于国民经济领域改变生活方式影响社会形态。综述了颠覆性技术的发展现状和内涵特征,分析发现颠覆性技术发展面临的最大挑战是技术识别,同时面临技术突破需长期积累... 详细信息

颠覆性技术事关国家安全,应用于军事领域改变战争规则影响战争胜负,应用于国民经济领域改变生活方式影响社会形态。综述了颠覆性技术的发展现状和内涵特征,分析发现颠覆性技术发展面临的最大挑战是技术识别,同时面临技术突破需长期积累和技术运用需系统推进等问题。总结了颠覆性技术的预见方法,针对加强颠覆性技术选择培育,提出了技术预见、加强创新、培育管理等方面的建议。

关键词：颠覆性技术国家安全技术预见

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源气浓度对CVD ZrC涂层的影响

源气浓度对CVD ZrC涂层的影响

第十七届全国高技术陶瓷学术年会

作者：张笔峰李伟陈朝辉国防科技大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防重点实验室

本文以ZrCl4、CH4为源气,H2和Ar为稀释气体和载气,采用化学气相沉积法（CVD）制备了ZrC涂层。采用螺旋送粉装置较为准确的控制了ZrCl4粉的进粉量,通过调整ZrCl4粉的进粉速率以及CH4气体的流量,研究了源气C/Zr比对ZrC涂层组成及形貌的影... 详细信息

本文以ZrCl4、CH4为源气,H2和Ar为稀释气体和载气,采用化学气相沉积法（CVD）制备了ZrC涂层。采用螺旋送粉装置较为准确的控制了ZrCl4粉的进粉量,通过调整ZrCl4粉的进粉速率以及CH4气体的流量,研究了源气C/Zr比对ZrC涂层组成及形貌的影响。涂层的组成通过X射线衍射（XRD）、能量散射谱（EDS）以及X射线光电子能谱（XPS）等分析手段进行表征,其形貌的表征通

关键词：复合材料抗烧蚀涂层化学气相沉积法源气浓度

来源： cnki会议评论

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基于综合集成法的军事战略能力评估方法

系统工程与电子技术 2023年第8期45卷 2312-2317页

作者：王强高云翔杭爽张笔峰军事科学院战略评估咨询中心北京100091

军事战略能力评估是军事力量运用与建设发展规划等战略活动的基础和前提,开展相关研究已成为日益的现实需求。对于军事战略能力评估,由于涉及到战略环境演变、高度不确定的军事科技发展以及本质复杂的信息化条件下的联合作战体系等因素... 详细信息

军事战略能力评估是军事力量运用与建设发展规划等战略活动的基础和前提,开展相关研究已成为日益的现实需求。对于军事战略能力评估,由于涉及到战略环境演变、高度不确定的军事科技发展以及本质复杂的信息化条件下的联合作战体系等因素,面临诸多困难和挑战。本文在相关概念分析的基础上,对当前常用的军事能力评估方法进行了总结,并以从定性到定量综合集成法为基本指导,探索研究了军事战略能力评估方法。方法从战略问题研究入手,通过战略推演确定能力评估中的战略想定,明确评估问题背景和边界,利用兵棋推演模拟对抗过程,观察和记录战略能力在对抗活动中的外在表现,综合运用多种数据分析方法和手段,对结果数据进行综合分析,从而获得能够支撑决策的具有定量依据的评估结论。通过本文方法研究,希望为相关的评估理论方法研究和实践活动提供借鉴。

关键词：军事战略能力评估方法综合集成法

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地平线扫描方法应用研究进展

军事运筹与系统工程 2020年第3期34卷 74-80页

作者：张守明张斌武宇张笔峰军事科学院评估论证研究中心北京100091

复杂多变的大国博弈环境,迫切需要能够预见未来的方法手段。地平线扫描方法来源于商业竞争环境下的战略支撑手段,发展至公共政策部门,可为辅助决策提供手段支撑,可为预见未来提供工具指导。总结地平线扫描方法的模型特征,介绍该方法应... 详细信息

复杂多变的大国博弈环境,迫切需要能够预见未来的方法手段。地平线扫描方法来源于商业竞争环境下的战略支撑手段,发展至公共政策部门,可为辅助决策提供手段支撑,可为预见未来提供工具指导。总结地平线扫描方法的模型特征,介绍该方法应用于政策制定、技术预见、风险评估等领域的具体实践,期望借鉴相关经验健全和完善战略决策咨询研究工作体系,为有关预见工作和预警监测体系建设提供借鉴。

关键词：地平线扫描扫描模型政策工具预见未来

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多层异构生物网络候选疾病基因识别

自动化学报 2024年第6期50卷 1246-1260页

作者：丁苍峰王君张紫芸延安大学数学与计算机科学学院延安716000

现有大多数用于识别候选疾病基因的随机游走方法通常优先访问高度连接的基因,而可能与已知疾病有关的不知名或连接性差的基因易被忽略或难以识别.此外,这些方法仅访问单个基因网络或各种基因数据的聚合网络,导致偏差和不完整性.因此,设... 详细信息

现有大多数用于识别候选疾病基因的随机游走方法通常优先访问高度连接的基因,而可能与已知疾病有关的不知名或连接性差的基因易被忽略或难以识别.此外,这些方法仅访问单个基因网络或各种基因数据的聚合网络,导致偏差和不完整性.因此,设计一种能控制随机游走运动方向和整合多种数据源的候选疾病基因识别方法将是一个迫切需要解决的问题.为此,首先构建多层网络和多层异构基因网络.然后,提出一种游走于多层网络和多层异构网络的拓扑偏置重启随机游走(Biased random walk with restart,BRWR)算法来识别疾病基因.实验结果表明,游走于不同类型网络上的识别候选疾病基因的BRWR算法优于现有的算法.最后,应用于多层异构网络上的BRWR算法能预测未诊断的新生儿类早衰综合征中涉及的疾病基因.

关键词：多层异构网络生物网络偏置随机游走候选基因识别

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