金属/陶瓷颗粒与接触面的热相互作用数值仿真研究

本文利用ANSYS有限元程序,仿真了在等离子喷涂过程中熔融的金属、陶瓷颗粒与接触面的热相互作用,给出了"温度-时间”关系以及接触界面处接触温度的研究方法;结合功能梯度材料的制备,研究了不同材料颗粒,包括金属Ni颗粒,Al2O3陶瓷颗粒与接触界面之间的热相互作用.其结果为研究涂层牢固结合的基本物理化学过程提供了必需的理论依据.     

欧洲高速飞行轻质先进材料的气动与热载荷相互作用计划(ATLLAS)研究进展

简述了高速飞行轻质先进材料的气动与热载荷相互作用计划(ATLLAS)的概况和研究情况,详细介绍了ATLLAS分别在飞行器机身结构材料和发动机燃烧室冷却方案的研究进展,机身结构材料包括金属中空球状芯(HSP)夹层结构、超高温陶瓷(UHTC)材料和陶瓷基复合材料(CMC),燃烧室冷却方案包括薄膜、渗透、蒸发、再生冷却技术,...     

SiC_f/LAS玻璃陶瓷基复合材料的界面

:详细评述了SiCfLAS玻璃陶瓷基复合材料的界面。该界面是在热压过程中形成的,由富碳层或富碳层和碳化物层构成,这些界面层的存在导致了界面的弱结合。界面具有很好的热相容性。在惰性气氛或还原性气氛中,界面具有很好的热稳定性。在高温氧化性气氛中,界面层很快因氧化而消失,导致纤维与基体间的强结合,使材料发生脆断。     

陶瓷与金属牢固结合的方法——高压固相结合法

<正> 按结合原理可把陶瓷-金属的结合方法分为:①机械结合法,②粘结剂结合法,③金属喷镀法,④固相或熔化态结合法。而今各类方法中又开发了许多具体工艺方法。本文主要研究适用于高温材料的陶瓷-金属直接结合法。 高温用结合材料的主要性能当然是结合强度,尤其是耐热循环和热冲击的性能。陶     

多匝串联并列轨道炮U形电枢接触界面熔蚀规律分析

针对一种多匝串联并列轨道炮U形电枢与轨道接触界面的熔蚀问题,通过电磁-结构-热多物理场耦合分析,对不同电流峰值、不同过盈量的膛内电枢速度、界面接触压力、界面温度等进行了数值仿真,并开展了相关验证试验,得到了接触界面熔蚀规律。仿真和试验结果表明：发射过程中电枢与轨道间的接触压力随电流波动而变化;接触压力越大,摩擦热功率越大,而接触电阻的焦耳热功率越小;合理设计电枢过盈量参数,可进一步改善滑动接触界面的环境温度;由于滑动过程中不可避免的磨损,电枢接触面熔蚀区域从初始接触区域逐渐向尾部转移,试验结果验证了仿真方法的有效性。     

冷喷涂制备陶瓷及陶瓷金属复合涂层的研究进展

传统喷涂陶瓷粉末由于过高的喷涂温度,容易导致颗粒发生氧化、脱碳、相变、晶粒粗化等现象。冷喷涂较低的喷涂温度,避免了传统喷涂陶瓷颗粒所产生的缺陷,并且残余应力为压应力增加了涂层的耐疲劳性,使冷喷涂在制备陶瓷涂层方面独具一格。但陶瓷颗粒塑性变形能力差,导致纯陶瓷涂层颗粒之间结合强度过低、孔隙率较大,严重影响涂层质量。而通过加入金属粉末利用其较好的塑性来提高复合涂层的性能是解决以上问题的有效路径。重点阐述冷喷涂在制备陶瓷涂层以及陶瓷金属复合涂层方面的研究进展,包括粉末的制备、喷涂工艺参数、涂层的微观组织、结合机理、力学性能、电学性能和化学性能。     

SiC颗粒表面化学镀铜镀液工艺参数的优化设计

针对金属基体与陶瓷颗粒之间润湿性差的问题,采用化学镀铜对SiC颗粒进行表面改性,试图提高其界面结合能力。采用正交试验方法优化化学镀铜参数,探讨镀液参数对复合粉体质量增加效果的影响。研究表明:化学镀铜过程中,随着硫酸铜浓度和甲醛浓度增加,镀后复合粉体质量增加率增加;随着络合剂浓度增加,质量增加率逐渐降低;化学镀铜参数优化后可实现SiC粉体表面化学镀铜层的均匀镀覆。     

硬质陶瓷粒子增强铝基复合材料——Ⅰ—制备工艺与组织特征

改进铸造铝基合金液体对陶瓷粒子的浸润能力及采用可靠的熔铸工艺可获得均匀弥散陶瓷粒子的铝合金-硬质陶瓮粒子复合材料,硬质陶瓷粒子与铝合金发生界面相互作用产生变质效应和生成界面产物。本文介绍了这类复合材料的制备工艺,着重说明改进基体铝合金与陶瓷粒子浸润性的方法和原理以及这类材料的组织特征。     

SiC颗粒表面化学镀铜镀液工艺参数的优化设计

针对金属基体与陶瓷颗粒之间润湿性差的问题,采用化学镀铜对SiC颗粒进行表面改性,试图提高其界面结合能力。采用正交试验方法优化化学镀铜参数,探讨镀液参数对复合粉体质量增加效果的影响。研究表明：化学镀铜过程中,随着硫酸铜浓度和甲醛浓度增加,镀后复合粉体质量增加率增加;随着络合剂浓度增加,质量增加率逐渐降低;化学镀铜参数优化后可实现SiC粉体表面化学镀铜层的均匀镀覆。     

不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能

为支撑陶瓷复合装甲的结构设计,研究不同厚度比陶瓷/金属复合装甲的弹道防护性能。通过陶瓷/金属复合结构抗侵彻性能弹道实验及数值模拟研究,完成有限元-光滑粒子流体动力学耦合计算模型的校验;模拟长杆弹撞击陶瓷复合装甲过程,分析装甲陶瓷与金属背板厚度比对界面击溃效应影响,获取不同厚度比陶瓷/金属复合装甲抗弹性能。研究结果表明：陶瓷复合装甲存在两种主要防护机制;当弹体速度小于1 000 m/s,随着陶瓷厚度从15 mm增加至25 mm,复合装甲的界面击溃驻留时间能够提高一倍以上,期间弹体耗能最高可达50%;当弹体速度大于1 000 m/s时,侵彻阶段的耗能占据弹体动能损失的主导,期间最高耗能可达85%;当金属与陶瓷的厚度比为2∶1时,复合结构使弹体具有较长的界面驻留时间,并实现较高的弹道防护效能。     

椭球形陶瓷颗粒增强镍基合金复合涂层热膨胀系数预报

陶瓷颗粒增强镍基合金复合涂层在各种高温环境下被大量应用,因此关于此类材料的线热膨胀系数预报与研究是十分重要的。研究把涂层简化为三相模型,碳化铬陶瓷粒子和基体壳简化为椭球形二相胞元,用Eshelby-Mori-Tanaka法研究了二相胞元的热失配等效本征应变和平均应变,根据平均应变算出了二相胞元的线膨胀系数,结果表明,二相胞元为横观各向同性,具有2个独立的热膨胀常数。据二相胞元方位的随机性,由应力应变换轴公式和物理方程确定了复合涂层的平均应变,进而得到复合涂层的热膨胀系数。     

等离子喷涂过程中飞行颗粒熔化状态的数值仿真

利用数值仿真方法,针对2r02陶瓷颗粒,分析讨论了等离子喷涂过程中飞行颗粒的表面温度变化过程,以及不同直径颗粒内部的受热状态、温度梯度变化以及相变过程。并在此基础上,进一步对喷涂距离进行了分析,确定了在何种情况下,才能达到理想的喷涂效果。研究方法与结果对于实际的喷涂工艺生产具有指导意义。     

高温下奥克托今单晶的冲击响应特性

为研究高温下奥克托今（HMX）单晶的冲击响应特性,设计一种能够在平板撞击实验前对炸药单晶加热的装置并利用该装置进行323 K、373 K和423 K初温下HMX单晶平板撞击实验。通过激光速度干涉仪系统（VISAR）获取HMX单晶与窗口界面粒子速度历史曲线,并采用波阻抗匹配原理获得相应弹塑性力学参数。实验结果表明：在约300 m/s撞 击速度下,不同初温单晶与窗口界面粒子速度历史曲线均表现出弹黏塑性双波结构;在较低初温（323 K、373 K）时,Hugoniot弹性极限相差不大,无明显温度相关性,其变形机制无明显变化;在较高初温（423 K）时,Hugoniot弹性极限增大,表现出热硬化效应,其变形机制可能由热激活变为声子阻力控制。     

基于离散元法分析增韧陶瓷圆环的动态膨胀碎裂

为研究高强度高脆性陶瓷的冲击拉伸断（碎）裂问题,开展了材料动态膨胀碎裂数值模拟研究。基于离散元方法,应用平节理接触模型分析高应变率下增韧陶瓷圆环的自由膨胀运动,获得了圆环膨胀碎裂过程中颗粒运动速度和系统能量的变化规律。结果表明：圆环断裂之前,以中层颗粒为基准,内层颗粒的径向速度呈现出增大的跳动,外层颗粒的径向速度显示出减小的跳动,这种跳动与陶瓷圆环的刚性有关,与初始加载速度无关;圆环断裂时刻,圆环内产生卸载波,同时伴随着应变能释放,导致圆环内层颗粒出现径向速度减小的跳动,外层颗粒径向速度则出现速度增大的跳动,这种速度跳跃现象将有助于实验中确定圆环的初始脆性断裂时刻;陶瓷圆环碎片的平均尺寸随应变率增加而减小,与文献［17-18］理论模型结果吻合较好。     

异种钢焊接中氢蚀剥离的产生机理研究

利用电子显微镜技术（ＴＥＭ、ＳＥＭ）分析了焊态和长期在高温、高压氢环境中服役后，Ｃｒ５Ｍｏ＋奥３０２（Ｃｒ２５Ｎｉ１３）异种钢焊接熔合区附近的显微组织变化。认为氢蚀剥离裂纹的产生机理为：工件在运行过程中，组织不均匀的熔合区周围，富集氢和碳（碳化物），并发生反应，在奥氏体（Ａ）／类马氏中（Ｍ－Ｌ）焊接边界处生成ＣＨ＿４气泡，不断的冷热疲劳使气泡不断长大，并逐渐连在一起。当工件停止运行冷却到室温后，由于母材和焊缝金属之间热膨胀系数以及导热系数的差异，使边界处的应力集中重新出现，导致接头沿气泡连接部位开裂。     

Catalysis of Nanometer α-Fe2O3 on the Thermal Decomposition of AP

Nanometer α-Fe2O3 catalysts were prepared by hydrolyzation in high temperature. Three kinds of precipitators, NaOH, (NH4)2CO3 and urea were used to compare the effect in the process of hydrolyzation. Nanometer sizer, transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD) were employed to test the profiles and diameters of the product particles. The test results indicate that the production is nanometer α-Fe2O3 with narrow particle size distribution (PSD) and good dispersibility. The catalysts are mixed with ammonia perchlorate (AP) in 1.0 wt.%. And the composite particles of catalysts with AP are prepared using a new solvent-nonsolvent method. Differential thermal analyzer (DTA) is employed to analysis the thermal decomposition of the composite particles and pure AP sample. The results imply that the thermal decomposition curve peaks of the samples in which nanometer α-Fe2O3 catalysts are added appear comparatively more ahead than that of pure AP sample. Among these mixtures added nanometer material, the smaller the particle diameter of catalyst is, the more ahead the thermal decomposition curve peaks of AP appear. The high and low temperature thermal decomposition curve peaks of AP mixed with the catalyst deposed by urea are more ahead of 77.8℃ and 9.7℃ than that of pure AP, respectively. The mechanism of the catalyst deposed by urea with smaller diameter and the distinct catalysis of the particles on the thermal decomposition of AP are discussed.     

金属与碳纤维复合结构发射箱耐高温冲击性能

为解决发射过程中产生的带颗粒高温燃气对碳纤维复合材料(CFRP)发射箱的冲刷和烧蚀问题,某型号发射箱采取薄壁金属与CFRP复合的结构形式,内层为金属层,外层为CFRP层。使用计算流体力学软件Fluent仿真不同材料、不同厚度金属层与CFRP层复合结构的温度分布;利用有限元分析软件Ansys进行线性温度屈曲分析,研究钢+CFRP复合、铝+CFRP复合两种复合结构以及不同厚度金属层复合的屈曲温度;提出热发射环境金属+CFRP复合结构参数,并与实际热发射试验结果进行对比分析。仿真和试验结果表明：金属+CFRP复合结构发射箱中,金属层厚度过薄,无法适应热发射过程的高温冲击,金属层会发生向内屈曲现象;相同厚度情况下,钢+CFRP复合结构耐热发射温度冲击能力高于铝+CFRP复合结构;相同质量情况下,钢+CFRP复合结构耐热发射温度冲击能力低于铝+CFRP复合结构。