碳化物氧化物弥散强化钨基材料研究进展
隔热抗烧蚀材料及制备设备的研究进展
能 前苏联从７ 年代初 开始研究Ｃ Ｃ Ｏ ／ 复合 材料， Ｏ 到８ 年代 中期 已经应 用于剥号 ，其大型的Ｃ Ｃ ／ 延伸锥制
品在尺寸方而领先于西方 国家． 目前 ， 俄罗斯 已能生 产大型Ｃ Ｃ ／ 喉衬 ． 内径达８ ０ ｉ． 径达１ ０ ｒ ０ ｒｎ 外 ａ ００ ｍ ａ
和耐冲刷性能。用作烧蚀 的石墨有 多晶石墨和热解 石墨 ． 多晶石墨强度较低 ， 热震性能较 差 ． 抗 因此 其
２ ： 船 罂
过洲试热保 护系统 夫平 板隔热 装置 ，也证 实 了Ｃ ．／
Ｓ 复合材料 县柏 优异的热 机械疲劳特性 ｉ Ｃ
１３ 石 墨 材 料 ．
年代末 ， 法国开发了一种称Ｎ １ ０ 结构的趟细＿ 一ｌ ｘ 三 向预制件编织技术 ，制成的材料 的孵切强度是 普通
３ＣＣ Ｄ ／ 复合材料 的３ ４ ， — 倍 近来 。 ｏ ｅ Ｎ ｖＩ 一 ｘ 预制件编
护部 件．隔热抗烧蚀材料足利用材料在烧蚀过程 中 ． 的热 解吸热 、 解气体 的质量引射效廊 以及表面炭 热
层 的再辎射等一 系列物理化学反 应 ． 走大付 的热 带 来保护构件 。 现已广泛用 于各种航 天 ｂ 行器岛热流 部件 的热 防护 ， 如导弹 弹头 、 天器返 网舱外 表面 、 航 圈体火箭 发动机扩 张段和航 天飞机 轨道器等 方面 隔热抗烧蚀 材料 屉心用 于再 人体发 面的一 种功能 材 料。再人体返 回大气层叫 ， 烧蚀 防热层 在热流作 用 下能发生分解 、 熔化 、 蒸发 ， 升华 等多种ｎ 收热能 厦 的物理和 化学变化 通过 丰 料 自身的 质最消 耗带走 ４ 大 量热能 ．以达 到防止 热量传 人再 人体 内部的 目 的 烧 蚀材料 其按烧蚀机瑚 呵分 为二类 ： 炭化型 、 升 华 型 、 化删， 熔 其中尤其 以炭化烧 蚀材料应用较 多。 烧 蚀材料按 其密度 大小 又可 分为高 密度烧 蚀材料 和低 密度烧 蚀材料 两种 ， 高密度烧蚀材料 的密度一
陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用
陶瓷基复合材料的研究进展及其在航空发动机上的应用摘要：综述了陶瓷基复合材料(CMCs) 的研究进展。
就CMCs的增韧机理、制备工艺和其在航空发动机上的应用进展作了详细介绍。
阐述了CMCs研究和应用中存在的问题。
最后，指出了CMCs的发展目标和方向。
关键词：陶瓷基复合材料；航空发动机；增韧机理；制备工艺The Research Development of Ceramic Matrix Compositesand Its Application on AeroengineAbstract: The development and research status of ceramic matrix composites were reviewed in this paper. The main topics include the toughening mechanisms, the preparation progress and the application on aeroengine were introduced comprehensively. Also, the problems in the research and application of CMCs were presented. Finally, the future research aims and directions were proposed.Keywords: Ceramic matrix composites, Aeroengine, Fiber toughening,Preparation progress1 引言推重比作为发动机的核心参数，其直接影响发动机的性能，进而直接影响飞机的各项性能指标。
高推重比航空发动机是发展新一代战斗机的基础，提高发动机的工作温度和降低结构重量是提高推重比的有效途径[1]。
现有推重比10一级的发动机涡轮进口温度达到了1500~1700℃，如M88-2型发动机涡轮进口温度达到1577℃，F119型发动机涡轮进口温度达到1700℃左右，而推重比15~20一级发动机涡轮进口温度将达到1800~2100℃，这远远超过了发动机中高温合金材料的熔点温度。
钨的性质和主要用途
钨的性质和主要用途(一)钨的性质钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。
钨的比电阻约比铜大3倍。
电阻率在20℃为10-8欧姆·米。
钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。
钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。
在冷状态下钨不能进行压力加工。
锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。
常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。
常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。
(二)钨的主要用途钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。
用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。
掺杂钨丝中添加铼。
由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶，其测温范围极宽(0～2500℃)，温度与热电动势之间的线性关系好，测温反应速度快(3秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。
钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失其机械完整性的前提下，成为电子的一种热离子发射体，比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。
还用于作X射线管的灯丝。
在X射线管中，钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和钨铼合金阳极，再从阳极上发射出X射线。
为产生X射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高，因此被电子束碰撞的表面上的斑点非常之热，故在大多数X射线管中使用的是转动阳极。
此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。
钨的密度为19.25克/厘米3，约为铁(7.87克/厘米3 )的2.5倍，是周期系最重的金属元素之一。
基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨合金)已成为钨的一个重要应用领域。
钨及钨合金
真空熔炼
电弧炉、电子束炉熔炼
化学气相沉积( CVD)
高纯 H2(99. 99% )和高 纯 WF6 ( 99. 99% ) 为 原 料 气 体，通 过 化 学 反应 WF6 + 3 H2→W + 6HF还原生成钨原子， 在沉积仿形基体上获得钨沉积层 。沉积过
程结束后通过化学腐蚀或将基体在真空炉 中熔化获得沉积钨制品 。沉积制品形状取 决于沉积基体形状，尺寸精确可控
GTA
（A） （C）
（B）
GTA
GTA
EBW/GTAB
GTAB
GTA
Results for alloyed tungsten
GTA
Ebw
Conclusions
由于大多数钨合金韧脆转变温度都在室温以上，焊前对工件机械加工等处理 需要十分小心。
对于非合金化钨合金的单道焊接需要预热以避免裂纹的产生。
电触头、电 接点以及半 导体支承件 和火箭喷管
氩弧焊接、 等离子焊接 与切削、非 自耗电弧炉 等高温电极
电子管热阴 极、高温放 电电极和氩 弧焊电极
钨合金的制备工艺
粉末冶金
将钨粉与合金元素粉末或其他添加剂粉末充分混 合，再进行压制成形、预结、烧结等工序而成合 金锭坯，并对锭坯进行各种塑性加工可制成棒、 丝、片材等
chamber <5*10-5torr
1hr
pure argon
V=10ipm
I=350A
U=10~15V GTAB
filler metal tungsten and W26% Re(铼)
EBW 5*10-6torr 150KV 20mA
GTA
Results for unalloyed tungsten
钨铜合金电触头材料的研究进展
2、化学镀法
作为金属粉末表面包覆应用较多的 一种方法, 化学镀是利用金属催化的作 用和氧化还原反应的原理,在无外部电流 的情况下,使用强还原剂将被镀金属离子 还原成金属或其氧化物,沉积在颗粒表面, 从而形成包覆层的一种方法。
钨铜复合材料制备工艺
一、钨铜合金触头传统制备工艺
1、熔渗法 2、金属注射成型（又称粉末注射成型、金属塑性成型）
3、机械—热化学法
二、包覆式复合粉末制备
1、溶胶凝胶法
溶胶凝胶法常用于粉末的包覆改性, 其工艺过程是:首先将改性剂前驱物溶解 形成均匀溶液,其中的溶质与溶剂经水解 或醇解反应得到改性剂溶胶;再将被包覆 颗粒与溶胶均匀混合,使颗粒均匀分散于 溶胶中,溶胶经处理转变为凝胶;最后高 温 煅烧凝胶得到外表面包覆有改性剂的 粉末。
钨铜合金触头的掺杂改性
钨铜合金是典型的假合金,由于其本身 结构的特殊性,以及钨基体强度随温度升高 而显著降低等因素,如果通过制备工艺改进 对电触头性能的提高 效果不明显,添加第 三相也是一种方便有效的途径。
目前,改变钨铜触头性能的方式主要是 添加少量难熔化、耐高温、高强度的掺杂 材料,以强化基体。具体说来,有以下3种途 径
二、钨铜合金触头新型制备工艺
1、功能梯度钨铜触头制备 功能梯度材料是指通过连续(或准连续)地改变两种材料的结构、组成
等,使材料内部界面减少乃至消失,最终得到相应于结构、组成的变化而性能 渐变的新型非均质复合材料 2、细晶/纳米钨铜触头制备 ① 细晶钨铜触头具有分散电弧的能力 ② 细化的晶粒在微观上由于晶界相显著增加 ③ 细晶钨铜合金触头还表现出良好的烧结性能
结语：
钨铜合金电触头因其非常优异的综合性能而具有广阔的发展前景,现阶 段的研究热点主要有:功能梯度材料、纳米结构材料等新概念的提出及新技 术的引入;触头掺杂强化相的高度弥散,以及成分、含量对触头性能的提高作 用;触头结构设计的合理化、小型化；新型压制技术、快速烧结技术等制备 方法及其工艺参数等。
材料概论练习题答案 1
材料概论练习题答案 1材料概论练习题答案-1介绍1.什么是材料？答：材料由若干相互作用的元素按一定比例组成，具有一定的结构水平和一定的性能，可用于制造商品、装置、部件、机器或其他产品。
2.人类文明史与材料发展之间的关系？答：材料是人类文明的里程碑;材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础；人类的历史曾以使用的主要材料来加以划分。
3.根据成分和结构特征，可以划分哪些类型的材料？无机非金属材料水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料金属材料黑色、有色、特殊金属材料、聚合物材料塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂复合材料金属基、陶瓷基、树脂基、碳-碳材料4材料科学和工程的概念？答：材料科学与工程是关于材料成分、结构、工艺和它们性能与应用之间有关知识开发和应用的科学。
它是一个多学科的交叉领域，是从科学到工程的一个专业连续领域。
同时材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程学。
5.日本专家岛村昭治将材料的发展历史划分为哪五代？答：旧石器时代新石器时代青铜器时代铁器时代高分子材料和硅材料的时代第2章MSE的四个基本要素1.材料科学与工程的四个要素是什么？答：成分、结构、合成和加工、性质/性能2.什么是材料的化学组成？相的概念？材料相的组成？答：材料的化学成分：构成材料的最基本、最独立的物质可以是纯元素或稳定的化合物，以及它们的类型和数量；相：材料中具有相同化学成分和相同结构的均匀部分称为相；组成材料的相的类型和数量称为相组成3材料的结构是什么？答：材料的结构是指材料的组元及其排列和运动方式。
包含形貌、化学成分、相组成、晶体结构和缺陷等内涵。
材料的结构决定材料的性能4.材料的合成的概念？材料加工的概念？答：合成：通常指用物理和化学方法将原子和分子结合起来制造新材料。
合成是发现固体中新的化学和物理现象的主要来源。
加工：这里所指的是成型加工，除了上述为生产出有用材料对原子和分子控制外，还包括在较大尺度上的改变，有时也包括材料制造等工程方面的问题合成与加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，在从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上对结构进行控制以及高效而有竞争力地制造材料和零件的演变过程5.材料的性能、材料的功能以及材料使用性能的含义？答：材料性能：合成和加工是指建立原子、分子和分子聚集体的新排列，从原子尺度到宏观尺度的所有尺度上的结构控制，以及高效、有竞争力地制造材料和零件的进化过程；材料的功能：指当一种材料（材料）对应于一个输入信号，或其中一些材料将产生一定的输出，即可以产生另一种效果时，质量或数量的变化。
高效高硬度低成本耐磨堆焊焊条的研制
第２９卷第３期焊接学报Ｖ０１．２９Ｎｏ．３２００８年３月ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＩＯＮＭａｒｃｈ２００８高效高硬度低成本耐磨堆焊焊条的研制张清辉，肖逸锋，龚建勋（湘潭大学机械工程学院，湖南湘潭４１１１０５）摘要：研制了一种新型的高教高硬度低成本耐磨堆焊焊条。
焊条中大量加入铁粉和适量的石墨而不加任何矿石粉，少加或不加价贵组分，系统调整焊条药皮配方以及筛选合适的合金组元，既提高了焊条的综合性能又降低了成本。
结果表明，焊条的工艺性能良好，焊条的熔化效率达３ｋｇ／ｈ，熔敷效率达２２６．９％，焊条收得率达８０％，堆焊单层熔敷金属硬度达６７ＨＲＣ，耐磨性为某高铬铸铁焊条的１．５２倍，同时具有较好的抗裂性。
关键词：堆焊焊条；耐磨；高效；高硬度；低成本中图分类号：ＴＧ４２２．１文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—３６０Ｘ（２００８）０３一０００５—０４张清辉０序言随着工业的发展，机械产品不断增加，寿命要求越来越长，在耐磨堆焊领域中要求耐磨堆焊焊条的性能进一步提高。
现有的耐磨焊条综合性能较差，例如硬度高、韧性低、抗裂性较差，大多需要预热，焊接工艺复杂；熔化速度慢、熔敷效率低，使工人在热状态下工作时间较长。
特别是热天预热堆焊时，上述不足更加凸显。
而且，一般堆焊焊条药皮中加有大量起稳弧、造渣、造气等作用的矿石粉，基本上是白消耗而不过渡，对于要求一定厚度熔敷金属的堆焊来说焊条头增多，造成焊条收得率较低，一般在５０％以下［１］。
此外，随着市场行情的变化，焊条原材料不断涨价，有的幅度特别大，如钼铁、钒铁等价格是原来的３—１０倍。
如何降低焊条成本，是研究人员的永恒课题。
针对上述不足和新情况研制了一种高效高硬度低成本的耐磨堆焊焊条。
１焊条的设计１．１焊条药皮组成在焊条药皮中不加任何矿石粉，全由铁粉、石墨、合金组元组成。
这样焊道上基本无渣，可连续进行多道多层堆焊，节省矿石粉的消耗，可大大提高焊条的熔化效率、熔敷效率和焊条收得率。
（一）钨的性质钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100...
(一)钨的性质钨的熔点为3410℃，沸点约为5900℃，热导率在10～100℃时为174瓦/米·K，在高温下蒸发速度慢、热膨胀系数很小，膨胀系数在0～100℃时，为4.5×10-6·K-1。
钨的比电阻约比铜大3倍。
电阻率在20℃为10-8欧姆·米。
钨的硬度大、密度高(密度为19.25克/厘米3)，高温强度好，电子发射性能亦佳。
钨的机械性能主要决定于它的压力加工状态与热处理过程。
在冷状态下钨不能进行压力加工。
锻压、轧压、拉丝均需在热状态下进行。
常温下钨在空气中稳定，在400-500℃钨开始明显氧化，形成蓝黑色的致密的W03表面保护膜。
常温下钨不易被酸、碱和王水浸蚀，但溶解于氢氟酸和王水的混合液内。
(二)钨的主要用途钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。
用于制造各种照明用灯泡，电子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。
掺杂钨丝中添加铼。
由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制造的热电偶，其测温范围极宽(0～2500℃)，温度与热电动势之间的线性关系好，测温反应速度快(3秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电偶。
钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失其机械完整性的前提下，成为电子的一种热离子发射体，比如作扫描电(子显微)镜和透射电(子显微)镜的电子源。
还用于作X射线管的灯丝。
在X射线管中，钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和钨铼合金阳极，再从阳极上发射出X射线。
为产生X射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高，因此被电子束碰撞的表面上的斑点非常之热，故在大多数X射线管中使用的是转动阳极。
此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。
钨的密度为19.25克/厘米3，约为铁(7.87克/厘米3 )的2.5倍，是周期系最重的金属元素之一。
基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨合金)已成为钨的一个重要应用领域。
采用液相烧结工艺，在钨粉中同时加入镍、铁、铜及少量其他元素，即可制成高密度钨合金。