第一次作业热压烧结
复合材料热压烧结法特点
复合材料热压烧结法特点复合材料热压烧结法呀，那可真是个很有趣的方法呢。
热压烧结法在处理复合材料的时候，它有个特别酷的特点，就是能够让材料变得超级紧密。
就像把一群调皮的小颗粒一个个紧紧地拉在一起，让它们团结得像一个大家庭一样。
这种紧密性使得复合材料的密度能够大大提高，密度一高呀，很多性能就跟着变好啦，比如说强度，就像给材料注入了一股强大的力量，让它变得更加坚固耐用。
还有哦，这个方法对复合材料的形状控制那叫一个厉害。
就好比是一个超级有耐心的雕塑家，想让材料变成什么形状就能变成什么形状。
不管是简单的方块，还是复杂的曲线形状，热压烧结法都能轻松搞定。
这可给很多需要特殊形状材料的应用带来了极大的方便呢。
热压烧结法在处理复合材料的时候，还特别擅长让不同的材料均匀地混合在一起。
就像把各种颜色的彩笔放在一起搅拌，最后出来的颜色均匀又好看。
它能让复合材料中的各种成分均匀分布，这样材料整体的性能就更加稳定和可靠啦。
而且呀，这种方法相对来说效率还挺高的呢。
它不需要特别复杂的设备和超级漫长的等待时间。
就像一个麻利的小工匠，很快就能把复合材料加工好。
这在工业生产当中可是非常重要的，能节省很多成本，让产品更快地走向市场。
另外呢，热压烧结法处理后的复合材料，它的内部结构会变得很规整。
就像把一团乱糟糟的毛线梳理得整整齐齐的。
这种规整的内部结构对于材料的电学性能、热学性能等都会有很好的改善作用。
比如说电学性能方面，能让电流在材料中跑得更顺畅，就像给电流修了一条平坦的大道一样。
热压烧结法真的是一个很棒的处理复合材料的方法，有着各种各样让人惊喜的特点呢。
热压烧结的操作步骤及应用
热压烧结的操作步骤及应用热压烧结是一种常见的粉末冶金工艺，用于制造高强度、高硬度、高精度的金属部件和陶瓷制品。
下面将详细介绍热压烧结的操作步骤和应用。
一、热压烧结的操作步骤：1. 原料制备：首先根据所需产品的要求，选择合适的原料，通常为粉末形式。
然后将原料进行混合、研磨，以获得均匀细小的粉末颗粒。
2. 填充模具：将混合好的粉末填充到特制的模具中。
模具的形状和尺寸应与最终产品一致。
3. 预压：将填充好的模具放置在预压装置中，在适当的压力下进行预压。
预压可以使粉末颗粒更加紧密地接触，并形成初步的形状。
4. 烧结：将经过预压的模具转移到烧结炉中，进行高温烧结。
烧结过程主要包括两个阶段：除气和烧结。
- 除气：在烧结开始前，需要将模具中的气体排除，以避免气体对烧结过程的干扰。
通常会在低温下进行除气处理，如较高压力下的真空处理或气氛控制下的气体排放。
- 烧结：将除气后的模具加热到适当的温度，使粉末颗粒发生相互结合和扩散，形成致密的固体。
烧结温度、时间和气氛的选择取决于所用材料和所需产品的特性。
5. 冷却：在烧结结束后，将模具从炉中取出，进行自然冷却或采用其他冷却方式。
冷却过程中，要注意避免产品出现热应力导致的开裂。
6. 除模：将烧结后的成品从模具中取出。
通常需要经过机械加工或其他后续处理步骤，以满足最终产品的要求。
二、热压烧结的应用：1. 金属制品：热压烧结可以用于制造各种金属制品，如钢制品、铝合金制品等。
由于热压烧结可以使金属颗粒充分结合，因此制造的金属制品具有高强度、高硬度和良好的耐磨性。
常见的应用包括汽车零部件、工具和模具、航空航天部件等。
2. 陶瓷制品：热压烧结是制造陶瓷制品的常用工艺之一。
热压烧结可以使陶瓷颗粒结合更紧密，从而获得高强度、高硬度和高密度的陶瓷制品。
常见的应用包括陶瓷刀具、陶瓷瓷砖、陶瓷合成材料等。
3. 硬质合金：热压烧结是制造硬质合金的主要工艺之一。
硬质合金通常由金属粉末和碳化物等非金属粉末混合而成。
快速热压烧结技术
快速热压烧结技术
快速热压烧结技术是一种高温压结成型的方法，用于制造金刚石钻头。
其具体过程如下：
1. 将骨架金属和粘结金属都制成粉末，按一定的比例在球磨机中充分混合。
2. 在胎体料的工作层中混入一定浓度的金刚石，分层装入石聚模中。
3. 把钻头钢体置于胎体料上部，然后加温约1000℃，至一定时间后进行加压（10～15兆帕）成型为金刚石钻头。
4. 加温方式有电阻炉、中频感应电炉等方法；加压主要用压机或千斤顶。
这种方法的优点在于：
1. 成型效果好，规格尺寸能满足设计要求。
2. 烧结温度较低，烧结时间短，对金刚石本身质量损害较小。
3. 不需专门保护气体，设备简单。
4. 生产周期短。
然而，快速热压烧结技术也存在一些缺点：
1. 成批生产的连续性差，钻头质量不易保持稳定。
总的来说，快速热压烧结技术具有显著的优势，但仍需改进以提高生产连续性和质量稳定性。
如需了解更多有关快速热压烧结技术的信息，建议咨询材料科学专家或查阅相关文献资料。
热压烧结实验报告
热压烧结实验实验目的：1 了解热压烧结炉的结构2 掌握热压烧结炉的使用方法3 了解真空无压烧结炉的结构（选做）4 了解真空无压热处理炉的使用方法（选做）实验原理1烧结原理烧结是在在低于熔点的高温下，生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，孔隙和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。
烧结在微观上是固态中分子（或原子）间存在互相吸引，通过加热使质点获得足够的能量进行迁移，使粉末体产生颗粒黏结，产生强度并导致致密化和再结晶的过程称为烧结。
真空无压烧结是指将冷压后获得的压坯在真空下烧结的过程。
而热压烧结有所不同，是指将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。
热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。
无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。
热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。
2烧结炉的结构真空烧结炉由炉体、真空系统、水冷系统、控温系统等组成。
炉体采用双层水冷结构，外层采用碳钢结构，内层采用奥氏体不锈钢材料0Cr18Ni9。
真空系统由机械泵、扩散泵组成真空机组组成。
水冷系统具有断水声、光报警自动切断加热电源功能。
热压烧结炉由炉体、液压系统、真空系统、脉冲直流电源、水冷系统、控温系统等组成。
炉体采用双层水冷结构，全奥氏体不锈钢材料0Cr18Ni9。
、真空系统由机械泵、扩散泵组成真空机组组成。
脉冲直流电源采用IGBT为数字功率模块。
液压系统采用电动输入方式。
水冷系统具有断水声、光报警自动切断加热电源功能。
控温系统：由智能仪表对直流脉冲电源进行功率控制及炉温控制。
热压烧结应用
热压烧结应用热压烧结是一种先进的粉末冶金制备技术，广泛应用于金属材料、陶瓷材料、复合材料等领域。
它通过将粉末冶金材料在高温高压条件下进行加热和烧结，使其颗粒之间发生结合，从而得到具有优异性能的成型材料。
以下将从工艺特点、应用领域以及注意事项等方面进行介绍。
首先，热压烧结具有独特的工艺特点。
在热压过程中，粉末冶金材料经历了三个主要阶段：预压、烧结和冷却。
预压阶段通过一定的压力将粉末材料进行初步成型，从而保证材料的均匀性和致密性。
烧结阶段是整个过程的核心，通过高温高压条件下的烧结，材料中的颗粒发生扩散和结合，形成致密的结构。
在冷却阶段，材料逐渐冷却下来，完成其热压烧结过程。
其次，热压烧结在各个领域都有广泛的应用。
在金属材料领域，热压烧结可以制备高强度、高硬度、高耐磨等性能的材料，用于制造汽车发动机零部件、航空航天部件等。
在陶瓷材料领域，热压烧结可以制备高温抗氧化、耐腐蚀等性能的陶瓷材料，用于制造高温炉具、陶瓷刀具等。
在复合材料领域，热压烧结可以制备具有优异力学性能、导电性能、热导性能等综合性能的复合材料，用于制造电子元件、导热器件等。
最后，热压烧结过程需要注意一些事项。
首先，粉末冶金材料应该选择粒度均匀、纯度高的原料粉末，以确保最终制备出的成型材料的质量。
其次，热压烧结温度和压力的选择应根据具体材料的烧结特性进行合理设计，以避免材料的过烧或过压现象。
此外，热压烧结过程中的气氛控制也十分重要，需要采用适当的保护气氛或真空条件，以防止材料的氧化或其他不良反应。
总之，热压烧结作为一种先进的粉末冶金制备技术，在金属材料、陶瓷材料、复合材料领域具有广泛的应用前景。
通过了解其工艺特点、应用领域以及注意事项，我们可以更加全面地了解热压烧结的相关知识，并在实际工作中更好地运用和掌握这一技术，为材料制备和工程应用提供指导和帮助。
热压烧结流程
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陶瓷的烧结方式
陶瓷的烧结方式1. 嘿，你知道陶瓷的烧结方式吗？就像烤蛋糕一样，有一种传统的常压烧结。
把陶瓷原料像精心准备蛋糕原料那样处理好，然后放在窑里，在正常的大气压下加热。
这就好比我们把蛋糕放进烤箱，设定好温度，等着它慢慢熟透。
我有个朋友，他第一次做常压烧结的陶瓷，紧张得像个等待考试成绩的学生，结果还不错呢，烧出的陶瓷挺结实的。
2. 热压烧结你听说过吗？这就像是给陶瓷来一场高强度的健身训练。
把陶瓷粉末放进模具里，然后加热的同时施加压力。
就好像你想把一块软软的泥巴快速变成一个结实的小泥人，你就得又捏又压。
我师傅做热压烧结的时候，那专注劲儿，就像老鹰盯着猎物一样，出来的陶瓷密度可高了，质量超棒。
3. 还有放电等离子烧结呢，这方式可神奇了。
就像给陶瓷原料开一场电音派对，通过瞬间的高电流放电，产生等离子体来烧结陶瓷。
你想啊，那些原料就像在电闪雷鸣下迅速结合在一起。
我在陶瓷工作室里看到有人做这个的时候，那眼睛瞪得像铜铃，满心好奇，最后烧出来的陶瓷精致得很。
4. 微波烧结也很有趣。
这就好比用微波炉加热食物一样，只不过加热的是陶瓷。
陶瓷原料在微波的作用下迅速升温烧结。
我记得我刚开始了解这个的时候，就像发现了新大陆一样兴奋。
有个同行用微波烧结做了个陶瓷小摆件，速度快得像一阵风，而且效果很好，表面光滑得像镜子。
5. 你可别小瞧了反应烧结。
这就像一场陶瓷原料之间的化学反应大战。
一边烧结，一边发生化学反应，陶瓷就在这过程中成型。
就像两个小伙伴本来各自玩耍，突然一拍即合，变成了一个新的组合。
我见过一个老师傅做反应烧结，那手法娴熟得像个魔法师，做出来的陶瓷具有独特的性能呢。
6. 再来说说场辅助烧结。
这就像是借助一种神秘的力量来帮助陶瓷烧结。
给陶瓷施加电场或者磁场，让烧结过程变得更加顺利。
就好像给陶瓷原料请了个得力的助手。
我和一个陶瓷爱好者聊天时，他提到场辅助烧结，那激动的样子，就像个孩子在炫耀心爱的玩具，他说这种方式烧出的陶瓷品质超一流。
真空热压烧结炉操作流程
真空热压烧结炉操作流程1)准备“水、电、气”：打开总电源、冷却水电源、电柜内各开关，观察冷却水箱水位，打开冷却水箱开关，点击水泵、压缩机。
电柜开机，登录密码111111。
设备关机时，炉体须真空状态保护。
2)开炉装料：炉内为负压时，松开炉扣，调节上压头顶杆至适当位置，打开放气阀对炉体放气，待到电子示数为零，用液压杆升起炉盖，取出上顶盖与上顶小盖，装填模具与上压头，调节模具内样品位置于加热区中心，盖上上顶盖，保证装填后上压头与上顶盖位置平齐。
注意尽量不要触碰炉内加热丝。
炉盖归位，调节上压头顶杆使得顶杆与上压头对齐，松开液压杆降低炉盖，继续调节上压头顶杆锁紧，再锁紧炉扣。
3)电炉抽真空：点击“工艺控制”、“真空控制”，点击“机械泵”，声音稳定后点击“上蝶阀”，锁紧炉扣，预抽至20Pa 以下。
点击“工艺控制”、“压力控制”、“压头上升”，施加预压力至不再位移，点击“位移清零”。
（接清洗气路）打开“下蝶阀”，锁紧炉扣，真空度到20Pa以下后打开“扩散泵”，预热45min以上，关闭“上蝶阀”，打开“主蝶阀”，直至炉内真空度达到工艺要求。
4)清洗气路：点击“气氛控制”，点击“充气阀”，手动打开充气阀门，真空度到20Pa以下，关闭“充气阀”，然后手动关闭充气阀门。
打开气瓶减压阀，向管道内充气。
重复上述步骤两三次。
5)工艺设置：点击“工艺设置”，点击“配方管理”，设置时间、温度（最高1600℃）、功率上限（最高60%）、压力（最高31T），点击保存，输入工艺名称，下载到PLC，再次输入工艺名称。
弹出是否马上执行，可选“否”。
压力计算公式：使用φ20模具，若需加载x MPa，则压力为πx /100 吨使用φ30模具，若需加载x MPa，则压力为2.25πx /100 吨6)参数设置：点击“参数设定”，工艺总步数（最多36步），存盘时间可调节，其余按钮选择“PLC控温”、“渐变模式”、“手动模式”、“PLC控压”、“渐变模式”。
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2016年春季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
考核科目:聚合物基复合材料制备与成型新技术学生所在院（系）:
学生类别:
考核结果阅卷人
目录
1 工艺简介 (1)
2 影响热压烧结的因素 (2)
2.1 原始粉末性能 (2)
2.2 烧结温度与保温时间 (3)
2.3 升温速度 (4)
2.4 烧结压力 (4)
2.5 烧结气氛 (5)
3 小结 (6)
锻压烧结工艺
1工艺简介
固相烧结并不依赖化学反应作用，它可以在不发生任何化学反应的情况下，简单的将固体粉料加热，转变为坚实的致密烧结体，这是烧结区别于固相反应的一个重要方面。
因此只要烧结条件控制得当，它可以代替液态成型，在远低于固体物料的焰点温度下，制成接近于理论密度的无机材料，并改善其物理性能固相粉末烧结过程是粉末颗粒之间发生冶金结合、孔隙消除及压坯化学成分和微组织均匀化的过程。
在烧结过程中，随着温度的上升和时间的延长，颗粒不断长大，空隙则不断减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增大，最后成为坚实的烧结体，烧结的结果是颗粒之间发生粘结，烧结体的强度增加，密度也提高固相烧结的致密化过程是依靠物质传递和迁移实现的。
因此必须存在某种化学位梯度，才能推动物质的迁移。
由于纳米粉体颗粒尺寸很小，比表面积大，具有较高的表面能和缺陷能，在加压成型体中，颗粒间的接触面积也很小，总表面积很大而处于较高能量状态。
根据最小能量原理，它将自发地向最低能量状态变化，并伴随使系统的表面能减少，所以，粉体的烧结是一个自发的不可逆过程，在烧结过程中由于物质的迁移扩散使颗粒变形并形成界面。
粒子表面积的减少伴随着系统自由能的降低，这也是烧结进行的驱动力。
热压烧结(Hot Pressing Sintering，HPS)是在烧结过程中同时施加一定的外力（根据模具材料所能承受的强度，一般压力在10~40MPa），使材料加速流动、重排和致密化。
热压烧结温度比常压烧结低100℃~150℃左右，但是热压烧结推动力却比常压烧结大20~100倍。
图1为热压烧结设备简图，热压烧结获得的制品密度甚至会达到理论密度的99%，且性能优良，但是仅适合形状简单的制品，很难规模生产。
图1 热压烧结设备简图
热压烧结可以预先把粉末成型或直接把粉末放置在配套的磨具内进行烧结，工艺简单，操作方便，是目前常用的烧结工艺之一。
进行热压烧结时，可以对粉末进行施加单向或多向压力，有效快速的促进烧结时粉末的致密化。
在热压烧结时，由于粉末处在热塑性状态，变形阻力小，易于塑性流动和致密化，因此所需的成型压力仅为冷压法的十分之一。
由于压力始终贯穿烧结的整个过程，在升温时，压力的存在有利于粉末颗粒的接触、扩散和流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，因而抑制了晶粒的长大速度，使晶粒细小。
相比常压烧结，热压烧结更容易获得细晶粒的组织，实现晶体的趋向效应和控制含有高蒸气压成分系统的组成变化，因而容易得到良好机械性能的产品。
2影响热压烧结的因素
同种粉末采用不同的烧结方法以获得性能別的材料，但足对于同种烧结方法，烧结参数的不同也会造成材料不同的性能。
在热压烧结中，粉末的烧结机理和产物性能与粉末性能和烧结参数（如烧结温度、保温时间、烧结压力、模具介质和烧结气氛）等因素密切相关。
2.1原始粉末性能
粉末性能包括：粉末的粒度及粒度组成、颗粒形状与结构等。
当烧结条件一样时，粒度细的粉末比粒度粗的粉末易于烧结，获得的材料晶粒细小、致密度且硬度也高等优点。
这是由于粉末粒度小时，其表面积越大，表面能也就越高，在
烧结温度低时就能进入烧结初期，形核率比较高，另外细小的颗粒填充在大颗粒的缝隙中，粉末的整体粒度分布合理，也有利于烧结的进行但是粉末粒度比较大或者是粉末粒度分布不均匀，会造成致密度下降和晶粒的异常长大，应尽量避免。
2.2烧结温度与保温时间
烧结温度是在热压烧结过程中保温时的温度，在这个温度下，材料内部的原子、晶界等的活性也最大，粒子重排进行的最为剧烈，获得材料的性能也最为优良。
烧结温度与粉末的成分有密切关系。
在固相烧结中，单相的烧结温度要低于其溶点，通常为该粉末溶点的0.7到0.8之间；对于多相混合的粉末，烧结温度一般低于主要成分的溶点。
在烧结过程中，要在烧结温度下进行保温一段时间，使烧结的粉末能够有充分的迁移重排并融合的时间。
保温时间与烧结温度有密切的关系，通常烧结温度高，则保温时间较短，烧结温度低，则保温时间较长。
在烧结低温阶段以表面扩散为主，高温阶段以体积扩散为主。
如果材料在低温烧结时间过长，不仅对致密化不利，反而会使材料性能变坏。
因此，保温时间的选取与烧结温度一样，要选取合适的保温时间。
但是，烧结时应尽快的从低温升到高温，为体积扩散创造条件，同时还必须考虑到材料的热传导系数、再结晶温度，扩散系数等各种因素的共同作用，以制定合理的烧结工艺。
李蔚[2]等采用热压烧结法制备了纳米Y-TZP材料，发现采用不同的烧结温度，材料的致密度有明显变化，在1100℃时材料已经烧成，如表1所示。
李潜[3]等采用热压烧结制备了WC-AI2O3复合材料，得出在烧结温度为1590°C、保温时间为120min时，试样的密度达到最高的99.77%WC-AI2O3复合材料的硬度和断裂朝性表现出明显的规律性，随着烧结温度的上升，先增加到最大值然后下降。
高温烧结时，虽然材料的致密度上升，但是由于晶粒异常长大和内部的封闭气孔等因素，使得各项力学性能急剧下降，因此在制备材料过程中应尽量避免材料晶粒长大。
表1 不同温度下热压Y-TZP材料的致密度
温度/℃1000 1100 1200
致密度/% 85 99 100
图2 烧结温度及保温时间对WC-AI2O3复合材料维氏硬度的影响
2.3升温速度
热压烧结一般升温速度都较低，因此升温速度是烧结工艺中较次要的参数。
升温和降温时间由制品尺寸和性能要求而定。
通常为了提高生产率，希望升温速度和降温速度快一些。
但在实际生产中，如果升温速度太快，可能使还块中的成型剂、水份以及某些杂质剧烈挥发，导致还块产生裂纹，并使氧化物还原不完全。
2.4烧结压力
粉料成型时必须施加一定的压力，除了使其具有一定形状和一定强度外，同时也给烧结创造了颗粒问紧密接触的条件，使其烧结时扩散距岛缩短及r散附力减小。
一般来说烧结压力越大，还体中颗粒接触越紧密，有利于提高气孔和晶界的迁移速度，烧结时阻力越小，提高材料的致密度，烧结出块体的性能越好。
但烧结压力要考虑设备的实际输出情况和模具的承受能力，烧结压力超过模具的承
受能力，会导致烧结过程中模具的损坏，同时也会对试样以及设备有一定的损伤。
因此，烧结压力应在一定的允许范围内。
2.5烧结气氛
不同的烧结制品要用不同的烧结气氛环境，甚至高真空的环境。
真空环境下材料的烧结性能一般比在保护气氛环境下烧结性能要高。
这是因为真空有利于吸收的气体及挥发物质的排出，减少气孔率，能达到气体即时排除即时抽真空。
张鹏飞[4]等探究了机械合金化工艺制备的2Si-B-3C-N 粉末的热压烧结行
为及陶瓷的烧结工艺，2Si-B-3C-N 粉末的烧结致密化比较困难，在80 MPa/8 bar N2条件下的热压烧结过程中，只有当温度高于约1830 ℃时，陶瓷坯体才能发
生显著的体积收缩，伴随着材料致密度的快速提高在热压烧结工艺的主要参数中，温度和压力对陶瓷坯体的烧结致密化、对晶粒生长及对陶瓷力学性能的影响最为显著，而保温时间和气压的适当变化对材料的影响相对较小；在1900 ℃/80 MPa/30 min/8 bar N2条件下热压烧结制备的2Si-B-3C-N 复相陶瓷的体积密度和相对密度，以及室温下的弯曲强度、弹性模量、断裂韧性和维氏硬度分别约为2.52 g/cm3，88.7 %，331 MPa，139 GPa，2.81 MPa·m1/2，和 5.65 GPa。
与该工
艺条件相比，当温度降至1800℃或压力降至50 MPa 时，所制备材料的密度和力学性能急剧下降。
图3 2Si-B-3C-N粉末在不同热压烧结工艺参数条件下的陶瓷端口形貌
a)1800℃/80 MPa/30 min/8 bar N2；b)1900℃/50 MPa/30 min/8 bar N2；c)
1900℃/80 MPa/10 min/8 bar N2；d) 1900℃/80 MPa/30 min/1 bar N2；
e)1900℃/80 MPa/30 min/8 bar N2；
3小结
通过以上讨论，可知热压烧结工艺的优点为：1）减少烧成时间，加热致密化过程；2）降低烧成温度，减小晶粒长大；3）密度高；4）可获得高的机械强度；5）环、片状尺寸精确。
但仍存在只能加工形状单一的工件、垂直与平行热压方向性能不一致等问题。
参考文献
[1]李瑜煜,张仁元. 热电材料热压烧结技术研究[J]. 材料导报,2007,07:126-129.
[2]李蔚,高濂,归林华,郭景坤. 热压烧结制备纳米Y-TZP材料[J]. 无机材料学报,2000,04:607-611.
[3]李潜. 热压烧结WC/Al_2O_3复合材料工艺的研究[D].东华大学,2012.
[4]张鹏飞. 机械合金化2Si-B-3C-N陶瓷的热压烧结行为与高温性能研究[D].哈尔滨工业大学,2013.。