北京航空航天大学科技成果——3D导热复合材料及其制备技术

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北京航空航天大学科技成果——钛合金精密铸造陶瓷型芯材料制备技术

北京航空航天大学科技成果——钛合金精密铸造陶瓷型芯
材料制备技术
成果简介
传统钛合金铸造用陶瓷型芯材料如Al2O3、SiO2等材料存在易反应、难脱芯，而高化学稳定性的Y2O3、ZrO2等材料却价格昂贵且难以脱芯。

实验室经过多年的研究和实践，开发了稳定性较高、价格低和易水解的CaO材料为主的钛合金精密铸造陶瓷型芯材料，先后开展了对CaO型芯的成分、结构和生产工艺优化等工作。

为了解决CaO陶瓷型芯材料在生产放置中的潮解并进一步改善其与钛合金熔体的界面稳定性，实验室正在开发利用溶胶-凝胶方法制备ZrO2/Y2O3包覆CaO陶瓷型芯材料的新技术，使陶瓷型芯具有壳-核结构，有效降低了CaO型芯在放置期间的吸潮速率，同时也提高了陶瓷型芯材料与钛合金熔体作用的化学界面稳定性。

目前CaO型芯已在复杂钛合金航空铸件得到了试应用，正致力于具有复杂内腔的钛合金精密铸件的成型。

该技术获国家发明专利1项。

主要性能指标。

复合材料增材制造技术

复合材料增材制造技术
复合材料增材制造技术是一种新型的制造技术，它将复合材料和增材
制造技术相结合，可以实现快速、精准、高效的生产过程。

下面将从
定义、原理、应用和发展趋势等方面进行详细介绍。

一、定义
复合材料增材制造技术是指采用增材制造技术对复合材料进行加工，
通过逐层堆积和烧结等方式完成产品的生产。

该技术具有无模具加工、快速生产、精度高等优点，可广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械
等领域。

二、原理
复合材料增材制造技术主要包括三个步骤：建模、切片和成型。

首先，根据产品需求进行三维建模，然后将模型切片成多层，生成每一层的
加工路径。

最后，在加工平台上逐层堆叠和烧结复合材料粉末或纤维布，形成所需产品。

三、应用
复合材料增材制造技术在航空航天领域得到了广泛应用。

它可以生产
轻量化、高强度、高刚度的复合材料零部件，如飞机翼、机身等。

同时，在汽车制造领域，该技术可以生产轻量化的车身结构和内饰零部件。

此外，复合材料增材制造技术还可以应用于医疗器械、体育器材
等领域。

四、发展趋势
随着科技的不断进步，复合材料增材制造技术将会得到更广泛的应用。

未来，它将会在航空航天、汽车、医疗器械等领域发挥更大的作用。

同时，随着3D打印技术的不断发展，复合材料增材制造技术也将会不断完善和提升。

综上所述，复合材料增材制造技术是一种新型的制造技术，在未来将
会得到更广泛的应用和发展。

3D打印技术在航天复合材料制造中的应用

文献标志码：Ａ
航天产品
文章编号：１００９．８５１８（２０１５）０２ — ００７７．０６
中图分类号：ＴＰ３；Ｖ２５８
ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００９ — ８５ｌ８．２０１５．０２．Ｏｌｌ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇａｎｅｗｉｅｆｌｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ３Ｄ
ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ３ＤＰｒｉｎｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＳｐａｃｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ
ＸＵＥＦａｎｇＨＡＮＸｉａｏＳＵＮＤｏｎｇｈｕａ
ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｏｒｓｓｕｃｈａｓｃａｍｅｒａｂｒａｃｋｅｔｓ，ｌｏａｄ— ｃａｒｒｙｉｎｇｆｒａｍｅｓ，ａｎｄｂａｌｅｆｓ．Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｉｔｈｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｈｉｇｈｅｉｃｆｉｅｎｃｙｃｏｕｌｄｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｕｒｔｈｅｒ．Ａ３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｍａｋｅｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｌｏｗｅｒｃｏｓｔａｎｄｈｉｇｈｅｒｅｉｃｆｉｅｎｃｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅ

航空航天工业的新材料与制造技术

航空航天工业的新材料与制造技术航空航天工业的发展对于材料和制造技术的需求非常迫切。

随着航空航天行业的不断发展壮大，传统材料和制造技术已经无法满足日益增长的需求。

因此，航空航天工业开始研究和应用新材料和制造技术以满足其高度复杂和严苛的要求。

一、先进复合材料先进复合材料是航空航天工业中的新宠。

它由两种或以上的基本有机和无机材料组成，结合了各种材料的优点，并通过复合而获得卓越的性能。

在固体火箭推进器和飞机翼等部件中，先进复合材料得到了广泛应用。

与传统金属材料相比，先进复合材料具有更高的强度、更低的密度和更好的耐热性能。

二、3D打印技术3D打印技术是一种以数字模型为基础，通过层层堆积材料来制造物品的制造技术。

在航空航天工业中，3D打印技术被广泛应用于快速制造样件以及复杂形状部件的制造。

使用3D打印技术，可以大大缩短产品开发周期，减少材料浪费，并提高生产效率。

三、先进焊接技术焊接技术在航空航天工业中起着至关重要的作用。

随着航空航天工业对高强度、高性能材料的需求增加，传统的焊接技术已经不能满足要求。

因此，航空航天工业开始研究和应用先进的焊接技术，如激光焊接和电子束焊接。

这些新技术能够提供更高的焊接强度和更低的残余应力。

四、表面处理技术航空航天部件的表面处理对于确保其性能和使用寿命至关重要。

新材料的开发和应用带来了对表面处理技术的新要求。

航空航天工业正在研究和应用一系列新的表面处理技术，如电化学抛光、等离子体喷涂和膜沉积技术。

这些技术能够提供更好的材料表面质量和抗腐蚀性能。

五、智能制造技术智能制造技术是指通过人工智能、大数据分析和物联网等先进技术实现制造业的自动化和智能化。

航空航天工业开始利用智能制造技术提高生产效率、降低成本。

通过智能制造技术，航空航天工业能够实现自动化生产、智能监测和预测性维护，提高产品质量和制造效率。

总结：航空航天工业的新材料和制造技术的应用对于推动航空航天工业发展具有重要作用。

先进复合材料、3D打印技术、先进焊接技术、表面处理技术以及智能制造技术等的应用不断创新和推进了航空航天行业的发展进程。

北京航空航天大学科技成果——钛锆基非晶合金钎料及其制备技术

北京航空航天大学科技成果——钛锆基非晶合金钎料及其制备技术成果简介非晶合金具有独特的力学、物理和化学性能，作为一种新型金属材料得到了广泛关注，其重要应用之一是用作材料钎焊连接时的钎料。

现有非晶合金钎料主要包括镍基、钛基、铜基等合金系。

其中，钛基非晶合金钎料活性高，所获得的钎焊接头耐蚀性好，钎焊工艺性能良好，在钛合金、金属间化合物、功能陶瓷等新型材料钎焊连接方面表现出较大的优势。

现有钛基非晶合金钎料中含有较多的Cu、Ni作为主要的降熔元素，有利于钛基非晶合金的形成。

但是，较多的Cu和Ni元素使得钛合金钎焊接头在钎焊过程中产生大量的脆性金属间化合物，降低了钎焊接头的力学性能。

虽然有关研究成果钎焊接头抗剪切得到提高，但是钎料成分中存在少量的Si元素，在钛合金的焊接过程中Si元素扩散至钎焊接头中心并发生富集。

因此，为了进一步提高钎焊接头的性能，迫切需要开发低Cu和Ni含量且不含Si元素的钛锆基非晶合金钎料。

针对上述问题，本项目研制了一种低Cu和Ni含量且不含Si元素，同时具有适当的熔化温度区间，钎焊接头性能好，不含贵金属、有毒元素的新型钛锆基非晶合金钎料，解决现有技术中钛锆基非晶合金钎料Cu、Ni含量高导致钎焊接头力学性能较差以及Si元素扩散产生富集等问题。

技术描述具体制备技术包括有下列步骤：一、称取金属单质原料；二、熔炼制备母合金；三、采用熔体旋淬法制备非晶合金薄带。

本技术的优势是：1、Cu和Ni含量低，原子百分比之和低于20%，钎焊接头处生成脆性金属间化合物少，有利于提高钛合金钎焊接头的力学性能。

2、不含Si元素，仍表现出良好的润湿性；与含Si钎料相比，进一步提高了钎焊接头的抗剪切强度和耐腐蚀性能，降低了钎焊接头的硬度，提高了接头韧性。

3、薄带厚度均匀、连续、具有平整的表面和边缘以及良好的柔韧性，满足多种材料的钎焊连接要求。

北京航空航天大学科技成果——航空航天薄壁件液力精准成形技术及装备

北京航空航天大学科技成果——航空航天薄壁件液力精准成形技术及装备技术概述采用液态的水、油或粘性物质作传力介质，代替刚性的凹模或凸模，在保护零件表面质量的同时使坯料在传力介质的压力作用下贴靠凸模或凹模而成形。

充液成形技术由于液压的作用，使变形坯料紧紧贴靠拉深凸模，建立起有益摩擦力，避免零件拉深凸模底部小圆角区域附近的变形危险区的过渡减薄、拉裂；在压力作用下，流体沿坯料下表面与凹模上表面之间溢出，形成流体润滑，提高零件表面质量，减小不利摩擦，利于材料向凹模型腔内流动，适用于成形塑性差的材料成形，尺寸精度高。

由于流体介质的压力作用，可有效避免曲面零件普通拉深中“悬空段”产生的内皱缺陷，降低减薄量、提高壁厚的均匀性，尤其适合低塑性材料、复杂曲面板材零件的成形。

因此，充液内高压成形在减少成形道次，节省模具成本方面的优势显著。

因此该技术它利用液体介质来代替刚性模具传递施力载荷来实现金属板材零件的成形，该技术实质是一种软模成形技术，具有如下特点：模具结构简单，具有通用性，成本低，零件成形精度高及表面质量优良等特点。

主要技术指标基于航空航天复杂薄壁件的“性能+结构”整体性的需求，提出液力精准成形工艺，成形零件减薄率<20%，贴膜度<0.2mm。

先进程度国内领先技术状态小批量生产、工程应用阶段适用范围航空、航天和新能源汽车等领域。

获奖情况2017年9月获第二届中国军民两用技术创新应用大赛铜奖。

专利状态授权发明专利16项，实用新型1项，申请发明专利6项。

合作方式合作开发预期效益项目组通过对“航空航天薄壁件液力精准成形技术及装备”的实施规划，通过近几年将相关技术与配套设备投入市场应用，可以转化成巨大的经济效益。

项目实施完成后，可实现年销售收入超过1亿元。

北航高导热相变

北航高导热相变相变材料是一种特殊的材料，具有在温度或压力变化下从一个相态转变为另一个相态的特性。

而高导热相变材料则是在相变的同时具备良好的导热性能，它能够在热管理领域起到重要的作用。

北航（北京航空航天大学）的研究团队近年来在高导热相变材料的研究上取得了重要进展。

北航的高导热相变材料研究主要集中在两个方面：一是在相变材料的基础上提高热导率，二是探索新型高导热相变材料。

首先，北航的研究团队在相变材料的基础上进行改进工作，以提高其热导率。

相变材料通常是由晶体和非晶体两种不同的相组成，而晶体相具有较好的导热性能。

因此，研究人员通过控制晶体相的分布和形态，使其在相变材料中形成连续的导热通道，从而提高了整体材料的热导率。

他们还采用了导热增强剂，如石墨烯、纳米颗粒等，将其与相变材料进行复合，进一步提高了材料的导热性能。

通过这些改进措施，北航的研究团队成功地将相变材料的热导率提高了数倍甚至更多。

其次，北航研究团队还致力于探索新型的高导热相变材料。

在传统的相变材料中，晶体相和非晶体相之间存在较大的热界面阻抗，限制了热能的传导。

因此，研究人员希望通过寻找新的相变材料，来解决这个问题。

他们发现某些金属合金具有良好的导热性能，并且在相变过程中能够保持较低的界面热阻，这使得它们成为理想的高导热相变材料。

北航的研究团队成功地制备了一系列高导热金属合金，并对其进行了详细的研究和测试。

北航的高导热相变材料在热管理领域具有广泛的应用前景。

一方面，它们可以应用于电子设备中，提高设备的散热效果，避免因过热而导致的性能下降甚至故障。

另一方面，它们还可以用于储能系统中，提高系统的热管理效率，提高能量的利用率。

此外，高导热相变材料还可以应用于太阳能热水器、制冷设备等领域，提高设备的能效。

综上所述，北航的高导热相变材料研究在热管理领域具有重要的意义。

通过改进相变材料的结构和复合导热增强剂，北航的研究团队成功地提高了相变材料的热导率。

同时，他们还发现了新型的高导热金属合金，拓宽了高导热相变材料的研究领域。

碳纳米管复合材料的3D打印技术研究进展

碳纳米管复合材料的3D打印技术研究进展一、碳纳米管复合材料的特点碳纳米管复合材料是一种具有优异性能的复合材料，主要由碳纳米管和其他材料（如聚合物、金属等）组合而成。

碳纳米管具有极其优异的力学性能、导电性能和热传导性能，因此可以大幅度地改善复合材料的性能。

碳纳米管复合材料还具有轻质、高强度、耐磨性好等特点，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子产品等领域。

二、3D打印技术在碳纳米管复合材料制备中的应用3D打印技术是一种通过逐层堆积材料来制造复杂结构的制造技术，由于其可以实现复杂结构的制造、节约材料和能源、快速制造等优点，因此在现代制造业中得到了广泛的应用。

而在碳纳米管复合材料的制备中，3D打印技术也有着很好的应用前景。

3D打印技术可以精确控制碳纳米管复合材料的成型。

在传统的制备方法中，碳纳米管与其他材料的分布往往难以控制，而采用3D打印技术可以通过打印路径和打印参数来控制碳纳米管与其他材料的分布，从而实现对碳纳米管复合材料性能的调控。

三、碳纳米管复合材料的3D打印技术研究进展目前，针对碳纳米管复合材料的3D打印技术研究已经有了一些进展。

在材料选择方面，研究人员通过改进打印材料的配方，使得碳纳米管与其他材料有更好的相容性，从而实现了碳纳米管复合材料的3D打印。

在加工工艺方面，研究人员通过改进打印参数和打印路径，实现了对碳纳米管复合材料的精确控制和定制化制造。

碳纳米管复合材料的3D打印技术研究正在取得一些进展，特别是在材料选择、加工工艺和新技术的研究方面。

在未来，通过不断的研究和探索，相信碳纳米管复合材料的3D打印技术将会得到更好的发展，为碳纳米管复合材料的制备和应用提供更好的技术支撑。

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北京航空航天大学科技成果——3D导热复合材料及
其制备技术
成果简介
随着电子器件工作功率、集成度、封装密度的不断提高，电子器件单位面积的产热量迅速增大，研究数据表明，电子器件温度每上升10℃，其可靠性和稳定性下降50％，因此，对于电子器件的散热性能的要求也越来越高。

在当前研究阶段，石墨膜、石墨烯膜等碳基高导热膜材料由于其具有质轻、贴覆性好、优良的面内导热性能、耐腐蚀等优点，被广泛应用于电子工业散热领域。

但当石墨膜等碳基高导热膜材料叠加形成3D材料时发现其在厚度方向的热导率较低，面内和厚度方向的传热性能差异性较大，导致复合材料的散热局部差异较大，无法实现各个方向快速平衡的散热，而且在采用石墨膜复合材料层间大都是低导热的树脂作为粘结层，进一步阻隔了在厚度方向的传热性能，因而现有的3D复合材料在厚度方向的散热性能普遍不佳，不能实现面内和厚度方向散热性能的平衡，同时，石墨膜等碳基高导热膜材料与树脂的界面粘结强度较低，层间剪切强度低，极大的限制了其在电子器件中的广泛应用。

针对以上问题，本项目研发了一种厚度方向具有较高热导率和层间剪切强度的3D导热复合材料及其制备技术。

技术描述
本项目涉及3D复合材料技术领域，研发了一种3D导热复合材
料，包括平面层和垂直植入平面层的导热增强体。

平面层包括层叠设置的导热膜层，相邻的两层导热膜层由树脂层粘结，导热增强体为纤维pin针或金属针，通过在平面层的厚度方向植入导热增强体纤维pin 针或金属针，建立了厚度方向的导热通道，利用纤维pin针或金属针的高导热性实现了厚度方向的快速传热，而且平面层由单一的导热膜经树脂粘结构成，实现了复合材料面内温度的快速均一化，同步提高了3D复合材料的面内和厚度热导率。

同时，导热增强体纤维pin针或金属针起到了层间增强的作用，提高了层间剪切性能。

实验结果表明，3D导热复合材料的面内热导率可达到130-180W/m/K，厚度方向热导率可达到4-16W/m/K，层间剪切强度从原来的最高20MPa提升到了42MPa。