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  • 主管:中国航天科技集团有限公司
  • 主办:航天材料及工艺研究所
  • 主 编: 周延春
  • 编辑部主任:李洪泉
  • 编辑出版:《宇航材料工艺》编辑部
  • 地址: 北京9200信箱73分箱
  • 邮编:100076
  • 传真:010-68383237
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  • 发行范围:公开
  • 定价:20.00元/期
  • 国外发行定价:20.00美元/期
  • 国际刊号:1007-2330
  • 国内刊号:11-1824/V

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  • YHCLGY
  • 2020年 第50卷 第2期
  • 出刊日期:2020-04-30

创刊于1971年,是经国家科委和国家新闻出版署批准出版的国家级科技期刊,中国科技论文统计源期刊,中国中文核心期刊,国内外公开发行。本刊由航天科技委员会材料工艺专业组、中国宇航学会材料工艺专业委员会、航天材料及其应用专业信息网和航天材料及工艺研究所共同主办,在航天系统和国防科技期刊评比中多次获优秀期刊奖。

详细信息

2020年第50卷第2期

(下载当期目录)

    综述
  • 航天器空间辐射防护材料与防护结构
    沈自才,夏彦,杨艳斌,丁义刚,赵春晴
    电子、质子、重离子、光子等空间辐射环境可在航天器材料或元器件中产生单粒子效应、总剂量效应、表面充放电效应、位移损伤效应、内带电效应等,因此,需要对航天器进行空间辐射防护。本文首先介绍空间辐射防护原理和防护有效性,进而从材料、分系统(或部组件)、航天器3个不同维度,对质量屏蔽防护材料、静电防护材料、抗辐射功能材料、航天器局部辐射防护结构和整星辐射防护结构进行了探讨,最后对未来发展的方向进行了讨论。
    2020  .  50(2):    1-7    [摘要](13)    [PDF](5)
  • 金属有机高分子材料国内外研究现状
    史美玲,辛朝军,杨晨,王怀鹏
    金属有机高分子材料是一种应用广泛且易于加工的材料,其独特的性能使之成为先进有机高分子材料的补充。本文系统总结了这类材料在发光、光伏、导电、信息存储、液晶材料、功能陶瓷材料、纳米光刻与纳米科学以及刺激响应材料等领域的研究进展,最后对该类材料未来可能发展的方向和应用做了分析和展望。
    2020  .  50(2):    8-15    [摘要](14)    [PDF](7)
  • 计算材料学
  • 复合材料泡沫夹芯板胶接修理的压缩性能
    刘国春,魏桂明,杨文锋,孙婷
    针对复合材料泡沫夹芯结构在维修结构性能研究方面的缺失,在完成了复合材料泡沫夹芯板的维修与压缩性能测试之后,建立了结构有限元分析模型,结合夹芯结构的稳定性理论解析模型,并对复合材料泡沫夹芯结构的胶接修理压缩性能进行验证。结果表明:通过试验结果简化了有限元分析模型中的胶层设置;应用复合材料夹芯结构的稳定性理论解析模型,能够快速获得复合材料夹芯维修结构的侧压极限载荷上限值;复合材料泡沫夹芯修理结构的主要侧压破坏模式为面板一阶与二阶屈曲失效,该结果说明复合材料泡沫夹芯修补结构的有限元模型与解析稳定性理论模型的计算精度较高,具有较强的工程实用性。
    2020  .  50(2):    16-21    [摘要](13)    [PDF](5)
  • 基于最小加工表面裂纹的TiAl合金铣削参数优化
    李锋,赵东平,王博,杜崇辉
    TiAl合金以其优异的性能被广泛应用于航空、航天制造领域,但由于TiAl合金自身的物理、化学特性,导致其切削性能较差,加工过程中容易出现工件表面烧伤、表面微裂纹等问题。为了研究TiAl合金铣削加工过程中切削工艺参数对加工表面裂纹的影响规律,设计了TiAl合金切削参数与加工表面裂纹之间的正交试验。结果表明:切削速度对TiAl合金铣削表面裂纹的影响最大,其次是切削深度和切削宽度,每齿进给量对表面裂纹的影响最小。基于遗传算法,以表面裂纹长度为目标函数,优化得到的最优参数组合为:ae=0.2 mm、ap=0.2003 mm/z、fz=0.02001 mm/z、vc=20.0004 m/min。采用优化后的参数铣削TiAl合金,发现工件表面的实际加工裂纹长度和经过算法优化的裂纹长度相差较小,该优化方法可行性较高,误差较小。
    2020  .  50(2):    22-26    [摘要](13)    [PDF](4)
  • 新材料新工艺
  • 轻质耐高温隔热材料及成型技术
    戴珍,罗刚堂,董玲艳,洪义强,李茂源
    针对型号更高的热环境要求,开展新型轻质耐高温隔热材料研究。采用耐高温酚醛树脂作为基体树脂,添加纤维、功能性填料,通过预混料片材进行低压固化成型,对所制备的隔热材料试片进行密度、热性能以及力学性能等的测试。结果表明:该材料体系密度为0.6~0.9 g/cm3,初始分解温度大于450 ℃,拉伸强度大于12 MPa,200 ℃拉伸强度大于10 MPa,热导率低于0.25 W/(m·K),并可根据实际应用需求,实现对材料各方面性能的调控。所制备的隔热材料试片通过某型号风洞考核验证,采用该材料体系制备的大尺寸异形结构舱体通过力热联合试验考核,满足总体设计要求。
    2020  .  50(2):    27-30    [摘要](12)    [PDF](6)
  • 复合材料长桁机械成型工艺
    马开维,李博,文友谊,朱佳强,段跃新
    复合材料自动化成型技术在提高复合材料生产效率、降低复合材料制造成本等方面都具有明显优势,为了改进传统生产效率低、质量稳定性差的缺点,利用设计的长桁机械成型设备制备预成型制件,研究了预成型速率以及预成型温度等工艺参数对于成型制件质量的影响,通过尺寸测量、金相分析等方法表征制件拐角厚度、纤维体积分数、孔隙率、纤维偏转变形等参数。结果表明:97 ℃预成型温度、1~3 mm/min预成型速率、[90°/45°/0°/-45°]2s铺层方式、2.99 mm成型间距是较优的成型工艺参数,采用此工艺参数制造的制件厚度均匀、孔隙缺陷少、纤维偏转变形小、质量良好,在铺层表面添加聚四氟乙烯布保护层可以有效改善45°方向铺层出现的纤维偏转变形问题。
    2020  .  50(2):    31-37    [摘要](13)    [PDF](5)
  • 大型Mg-Gd-Y铸件成分、热处理优化和性能评价
    孟德浩,李培杰,肖旅
    针对大型砂型铸造镁合金铸件晶粒粗大、室温塑性较差的问题,模拟大型铸件的慢冷条件,通过成分优化、微观组织分析、热处理优化的方法研究了大型Mg-Gd-Y镁合金铸件室温强韧化的最优工艺参数。结果表明:Mg-6Gd-3Y-0.5Zr(GW63K)具有良好的综合性能,GW63K的最佳固溶处理参数为475 ℃/7 h+495 ℃/3 h,最佳时效处理参数为200 ℃/80 h,本体室温抗拉、屈服强度和延伸率依次达到了334.5 MPa、201.0 MPa和6.2%,具有良好的室温强韧性。
    2020  .  50(2):    38-43    [摘要](10)    [PDF](5)
  • 预处理对2219铝合金蠕变行为及力学性能的影响
    尹旭妮,刘欲振,殷赳,陈昶
    为了研究不同预变形量对铝合金蠕变行为及力学性能的影响规律。以2219铝合金为研究对象,在温度为175 ℃,180 MPa应力条件下,研究0~8%的预变形量对2219铝合金蠕变行为及力学性能的影响。结果表明:预变形处理的引入,材料的蠕变变形量和力学性能大幅度增加。当预变形处理量为1%时,其蠕变变形量较未处理时试样蠕变变形量增加了118%。而随着预变形量的继续增加,试样的的力学性能呈现快速下降的变化趋势。综合考虑蠕变变形量与力学性能时,最利于构件的蠕变时效成形的2219铝合金的预变形处理量为3%。
    2020  .  50(2):    44-47    [摘要](9)    [PDF](4)
  • 酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能
    殷忠义,雷玥,郑金煌
    为考察纳米孔径的酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能,以酚醛树脂为碳源,环戊烷为发泡剂,吐温80为表面活性剂,对甲苯磺酸为固化剂,采用发泡固化碳化工艺制备了低密度泡沫碳材料。所制备的泡沫碳材料密度为0.3 g/cm3,压缩强度达到了11.7 MPa。采用LFA457激光导热仪考察了泡沫碳材料在不同温度下(25、200、400、600 ℃)的导热性能,25 ℃下热导率为0.141 W/(m·K),600 ℃下热导率为0.344 W/(m·K);通过氧乙炔试验(30 s/60 s)对泡沫碳材料与C/C复合材料在同样的气流条件下隔热性能进行了比较,在材料正面烧蚀峰值温度泡沫碳材料比C/C复合材料高出约400 ℃的情况下,背面峰值温度比C/C复合材料仍低出150 ℃;通过氧乙炔试验考察泡沫碳材料的抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀60 s的线烧蚀率为0.031 mm/s。试验结果证明低密度的泡沫碳材料同时具备优异的隔热与高温抗烧蚀性能。
    2020  .  50(2):    48-51    [摘要](9)    [PDF](6)
  • G/C纬向混杂浅交弯联三维机织复合材料的低速冲击性能
    陈伟,张楠,李超,周光明
    为了研究纤维混杂对三维机织复合材料低速冲击性能的影响,本文基于同一种浅交弯联三维机织结构制备成型了全碳纤维(T700)和玻璃/碳纤维(E-glass/T700)纬向混杂两种不同的复合材料。以上述两种复合材料为研究对象进行低速冲击实验,试验时设定冲击能量分别为10、23和40 J。结果表明:在不超过40 J的冲击能量下,两种复合材料均未被冲破;在三种冲击能量下,混杂材料的峰值力均小于全碳材料,其吸收能量、最大位移均大于全碳材料。在10和23 J的冲击能量下,混杂材料的损伤程度小于全碳材料;但当冲击能量达到40 J时,混杂材料的损伤程度大于全碳材料。
    2020  .  50(2):    52-56    [摘要](8)    [PDF](5)
  • 铣削加工透波性Si3N4陶瓷表面质量研究
    魏士亮,房丰洲,刘立飞,翟学智
    为了探索透波性Si3N4陶瓷铣削中加工表面创成机理及加工工艺参数对其影响规律,对加工表面形貌和边缘破损特征,以及加工参数与切削力、表面粗糙度、边缘破损的映射关系等开展了试验研究。首先对加工表面形貌进行了分析,由于存在陶瓷粉末去除和破碎性颗粒去除两种形式,造成加工表面形貌结构一种体现为变化平缓,而另一种包含微裂纹、层状结构体等,且存在凹坑、沟槽等缺陷。其次研究了边缘破损形式及产生机理,当刀具运动到出口棱边处,刀尖应力集中处将产生微裂纹,并向工件侧面扩展,从而在加工表面和加工侧面诱导形成边缘破损。最后基于均匀设计试验,分析了工艺条件对加工性能的影响。结果表明:随着切削深度从0.2增加到0.5 mm和切削宽度从1增加到4 mm时,x轴切削力呈耦合增长,y轴切削力呈二次方增长;当切削深度和切削宽度分别为0.2 mm和1 mm、进给速度为500 mm/min时,加工表面粗糙度值最小;转速为2 000 r/min、切削深度和切削宽度最小时,边缘破损幅值最小。此结果可为提高透波性Si3N4陶瓷铣削加工质量提供技术支撑。
    2020  .  50(2):    57-62    [摘要](8)    [PDF](6)
  • 芳纶纤维材料低温冷却车削加工性能
    侯博,李兰柱,郭鸿俊,王保林,杨志波
    芳纶纤维复合材料在传统车削加工中易出现严重起毛和高温烧蚀等缺陷。为了提高其切削性能,采用液氮作为低温冷却媒介进行车削加工试验,并对材料的干车削及低温车削试验结果进行了分析,对液氮低温车削机理进行了探讨。结果表明,随着主轴转速的增加,材料表面质量得到一定改善,特别是在1 340 r/min时得到了最佳表面;在低温车削中,在各种转速条件下,材料表面质量都较好;在相同的主轴转速下,低温车削表面质量都好于干车削,且纤维起毛、高温烧蚀被有效抑制。说明降低切削温度对芳纶纤维材料车削缺陷的改善有积极作用。
    2020  .  50(2):    63-68    [摘要](9)    [PDF](4)
  • 激光宏观结构化金刚石砂轮磨削氧化铝工艺
    李锶,彭福远,康忠雄
    为了研究砂轮表面结构化对砂轮磨削性能的影响,利用脉冲激光对树脂结合剂金刚石砂轮进行了表面宏观结构化。采用6种不同类型的金刚石砂轮表面宏观结构进行了氧化铝的磨削实验,建立了激光宏观结构化金刚石砂轮的磨削力模型,比较了6种不同激光宏观结构化金刚石砂轮与非结构化砂轮在不同磨削参数下磨削力的差异,分析了砂轮制造后的表面形貌与结构化砂轮的磨损特性。实验结果表明,砂轮宏观结构化对磨削性能有很大影响,激光宏观结构化砂轮的磨削力可以减小2.5%~24.5%,砂轮结构化后的表面形貌出现石墨化现象;宏观结构化砂轮沟槽边缘磨损加剧,但沟槽磨损并没有明显加快宏观结构化砂轮的磨损。
    2020  .  50(2):    69-74    [摘要](8)    [PDF](4)
  • 测试分析
  • 大口径碳纤维复合材料天线反射器模具在位测量技术
    倪爱晶,蔡子慧,于望竹,赵婕,郭庆
    针对碳纤维复合材料模具修形过程中的型面精度测量,研究一种基于机器人和激光跟踪三维测量系统的在位测量技术。通过测量轨迹规划、坐标系变换,关联在位测量系统中的各个单元,实现两个系统的运动-跟随-采样的连续动作,完成模具型面点云的自动高效采样。在此基础上,研究抛物面型面精度评价算法,实现实测点云和理论模型的最佳拟合,从而获得模具型面精度。结果表明:利用在位测量技术,测量效率大幅提高,型面精度的数值和图形结果能够辅助模具的高效修形。
    2020  .  50(2):    75-79    [摘要](8)    [PDF](4)
  • CLF-1钢X数字射线照相等效系数的确定
    王学芹,王晓宇,武兴华,廖洪彬
    针对聚变堆结构材料拟采用的新材料CLF-1(low-activated ferritic/martensitic steel)钢在进行射线检测过程中没有特定标准参考的问题,采用等效法在相同透照条件开展了不同厚度CLF-1钢和Q235钢的X数字射线等效透照实验研究。基于相同成像条件下两种材料对应的X射线图像具有相同灰度即透照系数相同,通过对比拥有相同图像灰度值的两种材料的厚度,得出CLF-1钢对应于Q235钢的等效透照系数。试验设计了4~20 mm,递增0.5 mm的阶梯厚度的CLF-1钢和Q235钢在100~400 kV(递增50 kV)管电压条件下进行了透照实验,获得了对应电压下CLF-1钢相对于Q235钢的X射线透照等效系数为1.10~1.13。该研究结果对CLF-1钢在进行X射线检测时的检测技术参数的确定具有指导意义。
    2020  .  50(2):    80-85    [摘要](8)    [PDF](5)
  • 工程实践
  • 蜂窝夹层板内埋件的承载力研究
    李莺歌,张夏明,张玉生,宫顼
    描述了蜂窝夹层板内埋件的承载力检测条件和结果,分析了埋件材质及埋件周围填胶量对其承载力的影响。结果表明:相同技术状态下,铝合金与镁合金埋件的承载能力基本相当,而镁锂合金埋件的最大弹性变形载荷与铝合金和镁合金埋件基本相当,但其首次失效和最大破坏载荷相对较低;对于同种材质的埋件,适当增加填胶量,更有利于提高埋件的承载力。研究结果可作为产品设计优化的基础依据。
    2020  .  50(2):    86-89    [摘要](10)    [PDF](6)
  • 熔融沉积制造材料的空间应用实验
    王震,李敬洋,张建超,祁俊峰
    为了解决熔融沉积制造(FDM技术的空间应用问题,开展了不同材料的地面成形工艺实验研究。选取了聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)三种纯树脂材料以及碳纤维增强的PLA材料为研究对象,利用自主研发的空间微重力原理样机成功打印了标准试样,并进行了力学性能、阻燃特性、燃烧后毒气浓度、质量损失、可凝挥发等数据的测试,对比分析了PLA、PC、PEEK材料FDM成形件和传统注塑件的性能差别及不同纤维方向的碳纤维PLA复合材料试样的拉伸性能。结果表明:材料间结合能力是影响FDM成形制件性能的主要因素,异种材料间结合强度是影响复合材料样件性能的主要因素,结合能力越强的材料其FDM成形的质量越高,结晶材料的成形质量同时还受结晶度的影响,结晶度越高,制件性能越好。
    2020  .  50(2):    90-93    [摘要](8)    [PDF](4)
  • 网状电极形状参数对高温镍基合金电解加工的影响
    徐成,傅香如,韩福柱
    为研究网状电极形状对GH4169高温镍基合金电解加工的影响规律,采用电极“抬刀+摇动”的方式,进行了0.5、0.8和1.0 mm孔径的平面网状电极对比实验以及曲面网状电极和平面网状电极对比实验。结果表明,当孔径为0.5 mm时,不足以将加工屑有效排除,加工不能持续进行;随着电极孔径的增大,加工稳定性增强,速度增大,但精度降低。采用曲面网状电极加工时,由于摇动平面与所需加工面不平行,造成工件表面不平整。在实际加工中,应当根据对稳定性、速度以及精度的具体要求合理选择网状电极形状参数。
    2020  .  50(2):    94-98    [摘要](8)    [PDF](6)
  • 软模成型高硅氧纤维/酚醛树脂复合材料性能
    操亚平,李旭辉,李阳,宋元明,高玉光
    采用硅橡胶热膨胀软模成型工艺制备高硅氧/酚醛防热材料,并用扫描电镜观察断面形貌,对比传统模压材料孔隙率和性能,对其密度及拉伸强度的离散系数进行分析。结果表明:软膜成型材料表面富有光泽;材料孔隙率低,接近“0”;材料的密度和拉伸强度的离散系数分别为0.09%和1.95%,远小于传统模压成型材料相应的离散系数。
    2020  .  50(2):    99-102    [摘要](8)    [PDF](6)

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