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MI SiC_(f)/SiC-SiYBC复合材料的蠕变性能及损伤机理

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无机材料学报 2025年第1期40卷 23-30页

作者：张立管皞阳郑琪宁洪智亮王佳璇邢宁李玫刘永胜张程煜西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241

随着航空发动机的服役环境日益严苛,SiC_(f)/SiC在高温空气/水氧环境中的服役温度和应力亟需提升。为此,研究人员尝试采用自愈合基体改性的方法提升SiC_(f)/SiC复合材料的抗氧化性能和抗蠕变性能。本工作研究了熔体渗透工艺(MI)制备的... 详细信息

随着航空发动机的服役环境日益严苛,SiC_(f)/SiC在高温空气/水氧环境中的服役温度和应力亟需提升。为此,研究人员尝试采用自愈合基体改性的方法提升SiC_(f)/SiC复合材料的抗氧化性能和抗蠕变性能。本工作研究了熔体渗透工艺(MI)制备的碳化硅纤维平纹布增强的SiYBC改性碳化硅复合材料(MISiC_(f)/SiC-SiYBC)在空气中的拉伸蠕变性能及损伤机理,蠕变温度为1300、1350和1400℃,应力为60~120 MPa。结果显示:在1300~1400℃范围内,MISiC_(f)/SiC-SiYBC的蠕变断裂时间(tu)与应力、温度密切相关,随温度或应力升高而降低。当蠕变应力高于比例极限应力(σ_(PLS))时,基体开裂,氧气会进入材料内部侵蚀纤维和BN界面,使其发生氧化退化,大幅降低tu。此时由于基体完全开裂,载荷主要由纤维承担, tu受纤维的抗蠕变性能控制。当蠕变应力低于σ_(PLS)时, t_(u)较长,载荷由纤维和基体共同承担, tu则受纤维和基体两者的抗蠕变性能共同控制。随着温度从1300℃升高至1400℃,基体氧化物等物相填充界面间隙,导致界面黏结,促进裂纹张开和扩展。

关键词： SiCf/SiC-SiYBC 蠕变氧化损伤机制

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气相渗硅法修复SiC涂层及其抗热震和烧蚀性能

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无机材料学报 2025年第2期40卷 168-176页

作者：侯佳琪陈睿聪曾耀莹周磊张佳平付前刚西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室陕西省纤维增强轻质复合材料重点实验室西安710072 无锡博智复合材料有限公司无锡214000

涂层的完整和致密性直接影响其性能。对于存在缺陷或者受到损伤的涂层,报废并重新制备不仅浪费原材料,还会延长制备周期。因此,经济有效的解决方法是修复涂层,以恢复其防护能力。本研究采用经济实用的气相渗硅法修复一次包埋法制备的多... 详细信息

涂层的完整和致密性直接影响其性能。对于存在缺陷或者受到损伤的涂层,报废并重新制备不仅浪费原材料,还会延长制备周期。因此,经济有效的解决方法是修复涂层,以恢复其防护能力。本研究采用经济实用的气相渗硅法修复一次包埋法制备的多孔SiC涂层缺陷,并对比研究了修复前后涂层的抗热震及烧蚀性能。结果表明,修复后的包埋SiC涂层在室温~1773 K热震15次后,其与基体之间结合良好,失重率降低了97.05%。在氧乙炔火焰下烧蚀30s后,修复后的涂层中心烧蚀区域的碳纤维被SiO_(2)所包覆,未出现裸露或损伤。与修复前相比,其质量损失率和厚度损失率分别降低了97.02%和67.99%。抗热震和烧蚀性能改善归因于修复后涂层致密度提高,缺陷减少,并且渗硅过程引入的单质Si在高温下更容易氧化生成SiO_(2),有效愈合缺陷和阻挡氧气渗透,从而防止了基体氧化损伤。本研究提出的新型涂层修复策略具有经济可行性,为涂层缺陷及损伤修复和稳定服役提供了新途径。

关键词： SiC涂层热震烧蚀修复

胶束共聚合法制备磷、氮共掺杂空心炭纳米球用于碱性水中高性能析氢（英文）

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新型炭材料(中英文) 2025年第01期40卷 211-221页

作者：韩毅濛熊豪杨佳迎王建淦徐飞西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室纳米能源材料研究中心

制备经济高效的无金属碳基析氢反应（HER）电催化剂，对于推动碱性水电解制备清洁氢技术的蓬勃发展具有重要意义。通过杂原子掺杂精细调控电子结构已被证明是提高催化活性的有效方法。然而，其结构特征和背后的机制目前都尚未被充分理... 详细信息

制备经济高效的无金属碳基析氢反应（HER）电催化剂，对于推动碱性水电解制备清洁氢技术的蓬勃发展具有重要意义。通过杂原子掺杂精细调控电子结构已被证明是提高催化活性的有效方法。然而，其结构特征和背后的机制目前都尚未被充分理解，尤其是对于两种异质原子的掺杂，这也在一定程度上限制了这些催化剂的广泛应用。我们采用在Triton X-100中引发吡咯和苯胺共聚合反应，随后进行植酸掺杂和炭化处理，制备了磷和氮共掺杂的空心炭纳米球（HCNs）。HCNs独特的孔隙结构和缺陷框架促进了大量活性位点的暴露。此外，石墨化氮—和磷—碳—键的协同效应调节了相邻碳原子的局部电子结构，促进了电子转移。因此，在1100°C下炭化的HCNs由其大量的石墨化氮和磷-碳键，表现出优异的HER活性和卓越的稳定性(在10 mA cm-2的电流密度下持续工作70小时)。

关键词：碱性析氢电催化剂空心炭纳米球双原子掺杂协同效应

来源：博看期刊

激光增材制造超高温氧化物陶瓷孔隙缺陷形成及抑制研究进展

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无机材料学报 2025年

作者：余升阳苏海军姜浩余明辉姚佳彤杨培鑫西北工业大学凝固技术国家重点实验室

超高温氧化物陶瓷凭借优异的高温强度、高温组织稳定性、抗氧化和耐腐蚀等特性，有望成为在高温氧化环境下长期服役的新一代超高温结构材料，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光增材制造(Laser Additive Manufacturing， LAM)技术... 详细信息

超高温氧化物陶瓷凭借优异的高温强度、高温组织稳定性、抗氧化和耐腐蚀等特性，有望成为在高温氧化环境下长期服役的新一代超高温结构材料，在航空航天领域具有广泛的应用前景。激光增材制造(Laser Additive Manufacturing， LAM)技术具有快速近净成型、无需模具以及灵活制造复杂形状等优点，近年来被应用于超高温氧化物陶瓷的制备并成为研究热点。然而陶瓷在LAM过程中极易产生孔隙缺陷，不仅不利于试样后续的沉积，而且易恶化成型样件表面质量与力学性能。本文首先概述了选区激光烧结(Selective Laser Sintering， SLS)、激光粉末床熔融(Laser Power Bed Fusion， LPBF)和激光定向能量沉积(Laser Directed Energy Deposition， LDED)三种LAM技术的基本原理及工艺特点，重点分析了LAM超高温氧化物陶瓷过程中的孔隙缺陷特征、熔池流动特点及孔隙缺陷的形成机理，并从工艺参数优化、外场辅助和第二相掺杂三个方面详细阐述了LAM超高温氧化物陶瓷孔隙缺陷抑制的研究进展。最后，总结了LAM超高温氧化物陶瓷实现工程化应用面临的挑战，并在成型缺陷抑制、粉末特性和后续热处理工艺等方面展望了该领域的发展趋势和突破点。

关键词：超高温氧化物陶瓷激光增材制造孔隙形成机理孔隙抑制方法综述

连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料低成本制备工艺研究进展

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材料工程 2025年第1期53卷 15-27页

作者：商剑钊吴小飞曹晔洁吕云蕾李精鑫王晶董宁刘永胜西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072 西北工业大学宁波研究院浙江宁波315399 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,已被广泛应用于航空航天、国防军工和新兴民用等领域,但连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺大多存在成本较高、周期过长等问题,限制其应用和推广,发展低成本制备工艺... 详细信息

连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,已被广泛应用于航空航天、国防军工和新兴民用等领域,但连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺大多存在成本较高、周期过长等问题,限制其应用和推广,发展低成本制备工艺是推动连续纤维增强陶瓷基复合材料广泛应用的关键。本文简要介绍了连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺现状,总结了反应熔渗、纳米浆料浸渗瞬时共晶、浆料浸渗结合热压等低成本工艺的研究现状,围绕制备工艺优化、复合材料微观结构和性能等方面进行综述,提出了低成本制备工艺的未来研究方向,如熔盐法制备超高温陶瓷界面和反应诱导相分离制备具有孔隙结构均匀的多孔基体,可显著提升连续纤维增强陶瓷基复合材料的综合性能。

关键词：连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺低成本反应熔渗纳米浆料浸渗瞬时共晶

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黄色生长态LiInSe_(2)晶体组分调控与生长坩埚材质选择

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哈尔滨工业大学学报 2025年第2期57卷 73-77页

作者：郑植张哲人张睿朱孟花徐亚东核电安全技术与装备全国重点实验室(中广核工程有限公司) 广东深圳518172 凝固技术国家重点实验室(西北工业大学) 西安710072

LiInSe_(2)(LIS)晶体是一种可以在室温下使用的直接型热中子探测用半导体材料,为此,提出采用垂直布里奇曼法生长LiInSe_(2)晶体,通过对合料工艺及生长用坩埚材质的优化,成功制备出红色以及黄色生长态LiInSe_(2)晶体,并对晶体的结构特征... 详细信息

LiInSe_(2)(LIS)晶体是一种可以在室温下使用的直接型热中子探测用半导体材料,为此,提出采用垂直布里奇曼法生长LiInSe_(2)晶体,通过对合料工艺及生长用坩埚材质的优化,成功制备出红色以及黄色生长态LiInSe_(2)晶体,并对晶体的结构特征、元素相对摩尔分数、光学特性以及宏观夹杂相开展了研究。结果表明:通过改进的低温合料技术,并额外添加3%(质量分数)的Li以及0.0027 mol的Se可以稳定获得组分可控的黄色LiInSe_(2)多晶料;同时发现利用石墨坩埚并且引入合适的坩埚加速旋转技术(ACRT)可以得到高质量的中子探测用LiInSe_(2)晶体;利用透过光谱计算得到不同方法生长的黄色晶体的光学禁带宽度接近,约为2.8 eV;生长得到的黄色晶体中夹杂相的尺寸为5~10μm,密度约为3.50×10^(3)/cm^(2)。

关键词： LiInSe_(2) 黄色生长态组分调控晶体生长坩埚材质

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基于深度学习弹性超材料带隙逆向设计研究

力学学报 2025年第1期57卷 103-115页

作者：岳朋张建刚邱克鹏骆越西北工业大学机电学院陕西省空天结构技术重点实验室西安710072

弹性超材料是一种具有超常力学和声学性能的人工微结构,具备独特的带隙特性,通过对其带隙的动态调控设计,可以满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章基于深度学习开展弹性超材料带隙的逆向设计技术研究.首先,利用深... 详细信息

弹性超材料是一种具有超常力学和声学性能的人工微结构,具备独特的带隙特性,通过对其带隙的动态调控设计,可以满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章基于深度学习开展弹性超材料带隙的逆向设计技术研究.首先,利用深度学习模型在图像处理方面的优势,以像素图像的形式表示单胞结构并将其转换为像素数据,基于参数化曲线描述和膨胀函数运算生成样本构型,并结合两种方法的优缺点,快速生成大量具备带隙特征、多样性好的样本数据;其次,采用条件生成对抗网络进行弹性超材料结构逆向设计,将色散曲线作为样本条件,并利用PatchGAN判别器关注图像区域的误差细节,提升网络对图像细节的处理能力,同时引入新的误差评估标准,提高误差评估的精确度;最后,开展弹性超材料带隙的逆向设计,包括带隙的拓宽、生成和扩增等,通过数值计算得到逆向生成结构的频率响应曲线,结果显示逆向设计弹性超材料弹性波衰减范围与给定带隙区域吻合,验证了逆向设计技术的可靠性,为弹性超材料主动带隙调控提供了一种有效的设计方法.

关键词：弹性超材料带隙分析深度学习逆向设计误差评估

国产Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料的室温和1000℃拉伸性能

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材料工程 2025年第1期53卷 195-201页

作者：张珂许平张超李陈晨应雯清邢宁李玫张程煜西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所沈阳110035 西北工业大学航空学院极端力学研究院西安710072

连续氧化铝纤维增强氧化铝复合材料(Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3))是发展高性能航空发动机热端部件的理想材料。本工作研究了国产Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料的室温和1000℃拉伸力学性能,使用SEM观察拉伸试样的微观形貌和断口形貌,使... 详细信息

连续氧化铝纤维增强氧化铝复合材料(Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3))是发展高性能航空发动机热端部件的理想材料。本工作研究了国产Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料的室温和1000℃拉伸力学性能,使用SEM观察拉伸试样的微观形貌和断口形貌,使用TEM观察纤维的微观结构,采用Weibull分布统计分析抗拉强度,利用纤维推入法得到纤维/基体界面剪切强度。结果表明,国产Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料室温抗拉强度为(257±31)MPa,1000℃的抗拉强度为室温的78%,已达到国际Nextel610/Al_(2)O_(3)水平。研究发现,界面结合强度是影响抗拉强度的主要因素。界面结合强度较低,纤维拔出长且分散,抗拉强度高;界面结合强度较高,发生纤维束断裂,且纤维拔出变短,抗拉强度低。

关键词：氧化铝纤维 Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)复合材料拉伸性能强度分散性界面结合强度

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激光选区熔化成形高强钛合金研究现状及展望

稀有金属材料与工程 2025年第1期54卷 280-292页

作者：马尹凡樊江昆唐璐瑶翟浩宇张智鑫陈彪王军唐斌寇宏超李金山西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 先进金属材料精确热成型技术国家地方联合工程研究中心陕西西安710072 西北工业大学重庆科创中心重庆401135

以近/亚稳β钛合金为代表的高强钛合金具有高的比强度、良好的塑性加工性能、优异的淬透性以及可通过热处理强化获得强度-塑性-韧性匹配,已广泛应用于航空航天等领域重大装备承力构件。激光选区熔化(SLM)作为钛合金增材制造领域的一项... 详细信息

以近/亚稳β钛合金为代表的高强钛合金具有高的比强度、良好的塑性加工性能、优异的淬透性以及可通过热处理强化获得强度-塑性-韧性匹配,已广泛应用于航空航天等领域重大装备承力构件。激光选区熔化(SLM)作为钛合金增材制造领域的一项重要技术,具有可以实现近净成形、复杂结构一体化成形等显著优势,成为航空航天制造领域的重点发展技术和前沿方向。本文围绕SLM成形原理和特点,从SLM成形高强钛合金经历极高加热/冷却速率以及独特的热循环历史出发,重点介绍了高强钛合金微观结构特征、相组成以及力学性能特点。总结了SLM高强钛合金热处理工艺种类及其主要影响规律,旨在为获得优异的力学性能匹配提供参考。最后,根据对现有研究成果的分析,总结了SLM成形高强钛合金研究面临的挑战,并对未来该领域可能的研究方向作了展望。

关键词：高强钛合金激光选区熔化微观组织力学性能增材制造