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材料工程
中国航发北京航空材料研究院
材料工程

中国航发北京航空材料研究院

曹春晓

月刊

1001-4381

matereng@biam.ac.cn

010-62496276

100095

北京81信箱44分箱

材料工程/Journal Journal of Materials EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊创刊于1956年，现由北京航空材料研究院主办，国内外公开发行。该刊主要刊登有关材料科学与工程方面的学术论文及研究报告，同时刊登综合性评述，报道新材料、新工艺、新产品信息，及时准确反映我国材料领域最新成就和最新进展。《材料工程》涉及航空航天及各种军民用材料领域，专业包括：金属材料（含金属间化合物），非金属材料，复合材料（聚合物基，金属基，陶瓷基），陶瓷材料，功能材料，工艺（铸造，热变形，焊接，粉末冶金，热处理，表面处理，非金属成型等），理化测试，性能表征，无损检测，失交分析，材料标准化等。该刊是美国工程索引（EI）和金属文摘（MA）收录期刊，据1998年统计，本刊在EI收录的中国科学技术论文数较多的100种期刊中排名第四（167篇）。是中国科技论文统计分析用刊，同时入选《中文核心期刊要目总览》、中国科学引文数据库、中国学术期刊综合平价数据库、中国学术期刊（光盘版）及万方数据“数字化期刊群”和中国期刊网。在国内外材料科技期刊有一定的地位和影响。
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    陶瓷基复合材料界面微区力学行为的研究进展

    郝浩辉党潇琳马晓康丁金雪...
    1-11页
    查看更多>>摘要：作为热结构材料,陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC)在航空航天领域应用潜力巨大.连续纤维的引入解决了陶瓷脆性大的问题,而纤维与基体间微小区域——界面层的设计是保证CMC具有高韧性的关键.一直以来相关研究主要集中于界面层与CMC宏观力学性能之间的关系,受限于表征难以深入研究界面层微区力学行为的困难.随着微纳力学测试与聚焦离子束(focused ion beam,FIB)技术的发展,近些年来对于CMC界面层结合强度以及其失效行为的表征逐渐增多.在此基础上,本文综述CMC中界面层的作用以及界面剪切强度的影响因素与调控机制,同时汇总当下通过直接或间接手段测试界面剪切强度的方法,重点总结微纳力学手段下纤维push-out/push-in以及微柱压缩等方法的适用条件以及差异,报道这些方法在界面区失效机制研究方面的进展,并指明尚存在的一些问题.其中,纤维push-out/push-in可以反映基体应力作用对界面剪切强度的影响,但测试结果可能受到外部因素的影响;而微柱压缩测试则更多地反映界面层本征特性,无法反映基体应力对界面剪切强度的影响,也无法反映纤维拔出过程.最后展望未来的研究方向:进一步拓展界面微区力学行为的表征方法,同时确定微区力学与宏观力学性能间的影响机制并建立模型,最终实现CMC的界面层优化.

    陶瓷基复合材料界面层微区力学行为界面剪切强度

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    硅基聚合物耐高温衍生陶瓷涂层制备与应用研究进展

    陈科吉李鹏飞徐彩虹吴子剑...
    12-23页
    查看更多>>摘要：随着航空航天领域的不断发展,金属以及碳材料等高温结构部件的服役条件日益苛刻.通过恰当的工艺在高温结构部件表面制备硅基陶瓷涂层并赋予其特殊性能,可有效提高高温结构部件的使用寿命.近年来,聚合物前驱体转化陶瓷涂层逐渐成为一种无机涂层制备的新方法.该方法具有制备工艺简便、涂层功能拓展性强等特点,得到了研究者越来越多的关注.本文主要综述了硅基聚合物前驱体转化陶瓷涂层的研究进展.首先从聚合物陶瓷涂层的制备展开,简要介绍了硅基聚合物前驱体、填料种类以及涂覆工艺和裂解方式对涂层结构以及性能的影响.随后,重点讨论了聚合物前驱体转化陶瓷涂层在耐高温防护领域,包括抗氧化、环境障、热障涂层的应用进展.最后,指出了聚合物陶瓷涂层在涂层性能提升及缺陷控制等方面的问题,并对其发展方向进行了展望,例如通过在硅基前驱体中引入Hf,Zr,Ta等超高温元素,提高陶瓷涂层的耐温等级,以及发展高效的陶瓷化新技术,从而提高陶瓷转化效率及涂层适用性范围等.

    聚合物前驱体转化法陶瓷涂层高温防护抗氧化环境障热障

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    耐高温吸波陶瓷及其涂层的研究进展

    高基磊刘俐
    24-33页
    查看更多>>摘要：随着近现代科技的发展,高速飞行器对生存能力需求不断提高,其鼻锥、机翼、尾喷管等高温部件极易暴露.传统吸波材料普遍不能应用于高温环境,为了能够隐藏高速飞行器的高温部件,吸波材料的高温应用引起了研究人员的重视,耐高温吸波陶瓷材料可以实现上述背景下的应用.为提供分析和改善陶瓷吸波材料高温程度有限和吸收带宽较窄问题的依据,对引入温度影响后,耐高温吸波陶瓷材料的吸波机理进行了阐述.耐高温吸波陶瓷材料与涂层可以分为碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和聚合物转化陶瓷.本文在此分类的基础上,对陶瓷吸波材料和涂层损耗电磁波机理及其高温条件下的吸波性能进行了归纳总结,并指出未来耐高温吸波陶瓷材料应改善现有材料耐高温程度不足以及有效吸收带宽较窄的问题,进而加强其在高温条件下的服役能力.

    陶瓷复合材料介电损耗高温吸波涂层

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    ZrO2增强聚合物先驱体SiCNO复合陶瓷的制备和力学性能

    费轩余煜玺严远高魏永金...
    34-42页
    查看更多>>摘要：聚合物先驱体陶瓷(polymer-derived ceramics,PDCs)技术具有制造简单、成分可调等优点,为制备新型陶瓷提供了有效途径.然而,由于热解过程中微小分子的逃逸形成孔洞缺陷,先驱体技术制备的无定形聚合物衍生SiCNO陶瓷(PDCs-SiCNO陶瓷)的力学性能较差.为解决上述问题,通过向陶瓷基体添加第二相(颗粒强化)来实现增强先驱体陶瓷.对聚乙烯基硅氮烷(PVSZ)和ZrO2 进行先球磨后热解,制备ZrO2 颗粒增强PDCs-SiCNO复合陶瓷(PDCs-SiCNO-ZrO2),研究PDCs-SiCNO-ZrO2 复合陶瓷的结构和力学性能.结果表明:引入的ZrO2 填料作为增强体嵌入SiCNO陶瓷基体中,不仅能有效降低线收缩率,还能大幅提高PDCs-SiCNO-ZrO2复合陶瓷的力学性能.添加10%(质量分数)ZrO2的PDCs-SiCNO-ZrO2 复合陶瓷的弯曲强度和压缩强度分别为 197.03 MPa和 375.2 MPa,比PDCs-SiCNO陶瓷高出64%和 267%,其硬度值最高可达 20.92 GPa,断裂韧度达到 2.76 MPa·m1/2.适当含量ZrO2 的加入有助于提升PDCs-SiCNO陶瓷基体的致密化程度,从而提升了PDCs-SiCNO-ZrO2复合陶瓷的力学性能.

    聚合物先驱体陶瓷二氧化锆复合陶瓷力学性能

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    Gd3+掺杂调控BiFeO3-BaTiO3高温无铅压电陶瓷的结构与性能

    唐蓝馨王芳周治李双池...
    43-53页
    查看更多>>摘要：用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器,需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件,而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求.采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn共掺杂的BF-BT((0.67BiFeO3-0.33Ba1-xGdxTiO3)+0.5%(质量分数)MnO2,x=0～0.02)高温无铅压电陶瓷,并研究Gd3+掺杂浓度(x)对BF-BT陶瓷的相组成、微观结构、压电性能、介电弛豫行为及交流阻抗特征的影响.结果表明:所有样品均为单一钙钛矿结构,三方相(R)和四方相(T)共存,且T相含量随x增加而增加;适量的Gd3+(x<0.02)固溶进入钙钛矿点阵之中能够促进BF-BT陶瓷晶粒的生长.掺杂Gd3+的样品表现出增强的弛豫相变行为,相变温度(Tm)随x的增加而减小,而介电弛豫程度(ΔTrelax)随x的增加而增大.采用R-CPE等效电路模型对BF-BT陶瓷的高温复阻抗谱(Cole-Cole图)进行拟合分析,发现样品在高温下的交流阻抗主要来自晶界的贡献.并且随着Gd3+掺杂浓度的提高,样品的介电弛豫激活能不断增大,证实Gd3+取代Ba2+减少了晶格中氧空位浓度的施主掺杂效应.综合来看,x=0.01的样品具有最优的电学性能:TC=425℃,d33=126 pC/N,kp=25.9%,tanδ=0.059,有望作为一种合适的高温压电材料被应用.

    BiFeO3-BaTiO3高温无铅压电陶瓷离子掺杂介电弛豫交流阻抗

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    Cr2O3对ZnO-Bi2O3基高压压敏陶瓷性能的影响

    桂阳海涂远生田宽郭会师...
    54-60页
    查看更多>>摘要：采用固相烧结法制备ZnO-Bi2O3-Co2O3-NiO-Mn3O4-SiO2-Cr2O3压敏陶瓷,研究不同掺杂量的Cr2O3对ZnO压敏陶瓷的微观结构和电气性能的影响.通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及电化学工作站分别对样品的物相、微观形貌及电性能进行表征.结果表明:Cr2O3的加入不仅具有抑制ZnO晶粒异常生长和提升晶粒均匀分布的作用,而且能显著降低ZnO晶粒电阻,增加晶界电阻.在Cr2O3添加量为0%～0.21%(摩尔分数,下同)范围内,随着添加量的增大,压敏陶瓷的非线性系数表现为先增加后减小.当Cr2O3掺杂量为0.14%时,ZnO压敏陶瓷具有优异的电气性能:电位梯度E1 mA=216 V·mm-1、泄漏电流JL=0.36 μA·cm-2、非线性系数α=25、残压比K=1.815、老化系数Kct= 0.647.此外,该压敏陶瓷在4/10 μs波形下100 kA脉冲电流冲击2次后U1 mA仍保持为初始的96.75%,表现出良好的冲击稳定性,在配电系统避雷器中具有巨大的应用潜力.

    ZnO压敏陶瓷Cr2O3掺杂微观结构电气性能阻抗性能

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    光电催化矿物材料的制备及应用研究进展

    胡佩伟张炎高润琴程港莉...
    61-72页
    查看更多>>摘要：光电催化技术是解决环境污染和能源短缺问题最具应用前景的方法之一.基于半导体矿物的光电化学性质或非半导体矿物的天然物理特性,将矿物与光电催化功能体复合构建的光电催化矿物材料具有成本低、环境相容性好、性能优异等特点,其在矿物利用的新兴领域受到了广泛关注.本文在限定了光电催化矿物材料研究是否属于矿物应用范畴的基础上,介绍了光电催化矿物材料包含的矿物组分及特征,提出了光电催化矿物材料的分类,并对光电催化矿物材料的制备方法及矿物增强光电催化活性的机制进行了讨论.最后,概述了光电催化矿物材料用于水中污染物治理、光电催化水分解产氢、CO2能源化等领域的研究现状;指出应重点关注矿物本征光电属性、有效建立材料复合结构与效能的联系、明确材料矿物学属性影响光电催化的机制等问题,拓展光电催化矿物材料在新能源、化学品合成和矿物/微生物作用等领域的应用研究.

    光电催化矿物材料矿物组分水处理水分解制氢CO2能源化

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    C/C三维纺织复合材料细观结构及力学性能研究进展

    陶洋张祝辉杨莹雪李存静...
    73-86页
    查看更多>>摘要：C/C三维纺织复合材料因其可设计性强、力学性能优异和耐高温等特点而被广泛地应用于航空航天、轨道交通和光伏热场等高温端部件.然而,C/C三维纺织复合材料内部纱线结构复杂且孔隙率高,呈现出高度各向异性和非均匀性,这些因素都会给力学性能及损伤机制揭示带来巨大困难.因此,本工作从实际应用出发,围绕C/C三维纺织复合材料,从细观重构、力学性能表征和数值模拟三个方面阐述近几年的国内外研究现状,并在此基础上重点对C/C三维纺织复合材料结构功能一体化制备、深度学习模型的发掘和高温实验环境下渐进损伤实验平台的搭建做出了展望.

    C/C三维纺织复合材料航空航天力学性能细观重构数值模拟

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    材料表面微图案结构成型技术及其研究进展

    裴云亮姚煜邹文俊彭进...
    87-101页
    查看更多>>摘要：表面微图案结构成型技术作为实现材料表面纹理化并促进材料先进化、功能化的一种手段已经广泛应用到实际生产制造中.根据材料应用领域的差异,表面微图案成型的主要方法包括热压花、化学蚀刻、电火花加工、光刻和3D打印.本文综述了不同表面微图案结构成型技术及制备表面纹理化功能材料的基本原理,并列举其在光伏、电子信息、智能制造、超精密制造等领域的实际应用.总结了不同表面微图案结构成型技术的特点及适用范围,提出了实现材料表面纹理化和功能化所面临的关键问题,为表面微图案结构的微加工技术提供了一定参考.

    微图案热压花蚀刻电火花加工光刻3D打印

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    Ti-34Nb-4Zr-0.3O合金时效组织调控及其力学性能

    齐欢武祥为张涵雅陈锋...
    102-109页
    查看更多>>摘要：采用真空电弧熔炼、单相区热锻以及冷轧等技术制备亚稳β型Ti-34Nb-4Zr-0.3O(质量分数/%)合金(TNZO),通过对冷轧态TNZO合金进行250℃和300℃的低温时效处理,揭示时效温度和时间对ω相析出行为与合金力学性能的影响规律.结果表明:低温时效使ω相呈纳米尺寸析出,导致合金的强度和弹性模量提高.300℃时效时,ω相易发生粗化和团聚,使合金的伸长率快速下降和脆化.250℃短时时效可使少量ω相弥散析出,使合金具备高强度、低模量、超高弹性和良好塑性的优异综合性能,在航空航天弹性钛合金和医用植入钛合金领域显示了广阔的应用前景.

    亚稳β钛合金时效ω相力学性能

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