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河北省热防护材料重点实验室基本信息及研究方向

作者: 时间:2020-09-01 点击数:

一、实验室名称、编号及所在主要学科领域

1.实验室名称:河北省热防护材料重点实验室(筹)

英文命名:Hebei Provincial Key Laboratory of Thermal  Protection Materials

2.实验室平台编号:SZX2020038

3.学科领域:航空宇航制造工程

二、实验室研究方向及主要研究内容

实验室设立以下三个研究方向,其研究内容简述如下:

1)热防护表面涂层陶瓷材料制备及涂覆技术研究

该方向主要针对飞行器在极端温度条件下的特殊热防护需求开展研究,具体研究内容为:

针对机鼻和机翼前缘超高温的热防护需求,设计碳化锆、硼化锆、碳化硅等超高温陶瓷粉体材料的结构和物相组成,分析各种化学成分对其抗高温性能的影响机制,研制碳化锆、硼化锆、碳化硅等超高温陶瓷粉体材料,构建高温陶瓷基复合材料,探索其在飞行器热防护应用领域的抗氧化性能、抗冲击性能和耐腐蚀性能,拟解决机鼻和机前缘涂层高温剥落的难题。

针对飞行器结构材料表面烧蚀涂层耐高温性和低残炭率的需求,设计酚醛空心微球、氧化物空心微球和复合空心微球的空心结构,分析空心率、化学成分对其耐高温性和烧蚀性能的影响机制,研制酚醛空心微球、氧化物空心微球和复合空心微球,构建空心微球与碳纤维、酚醛树脂、硅氧树脂等复合涂层,探索其在飞行器热防护应用领域的残炭率、抗剥离性能和耐腐蚀性能,拟解决烧蚀涂层抗高温性低和残炭率高的难题。

针对隔热材料低热导率和轻质化的需求,开展石墨烯气凝胶、氧化硅气凝胶及其复合陶瓷的结构设计、制备工艺及绝热性能研究,探索通过调控微观结构、界面结构和引入杂化原子等方法降低气凝胶热导率,深入分析微观结构、界面结构、成分等对材料绝热性能的影响规律及其导热机理,为气凝胶材料在隔热领域的应用奠定理论基础。

2)热防护金属基复合材料及成型制造技术研究

该方向主要针对飞行器用高密度、大功率封装器件苛刻热环境管理热防护结构高效焊接要求开展研究,具体内容为:

针对飞行器用电子器件封装材料低密度、低电磁/射频屏蔽功能及导

/承力一体化发展要求,开展高导热铝基、铜基复合材料成分结构设计与制备工艺研究研究合金元素和工艺参数对复合材料微观结构及热学、力学性能的影响,深入分析材料成分、工艺与微观结构、宏观性能相互作用机制,探索复合材料界面润湿性差、导热/承力不匹配等关键技术问题的解决方案,为复合材料在严酷条件下的使用提供理论基础和应用基础。

针对热防护金属基复合材料在实际应用中机械加工性能差等问题,开展复合材料机械加工性能研究,研究加工参数对材料表面形貌等的影响,优化工艺参数,为热防护金属基复合材料实际应用提供技术支持。

针对高温环境下封装器件焊接接头易发生蠕变、降低高温服役性能的问题,开展低成本Sn-Ag-Cu系微纳连接石墨烯复合钎料设计及焊点的高温力学行为研究,对微焊点在电子系统中承受力、电、热载荷(机械疲劳、热疲劳、冲击等)的破坏机理进行深入研究,设计并制备不同的Sn-Ag-Cu系石墨烯复合钎料,研究不同复合钎料在服役条件下的微观组织结构、基本力学行为,分析石墨烯对焊点高温力学性能影响机理,开展焊点高温服役可靠性评价。

针对热防护结构高温环境使用要求,开展高强度紧固件产品用新材料成分优化、性能调控与加工工艺研究,深入研究合金元素微观分布特征及相互作用机制,对材料强度、韧性等力学、电化学等性能进行表征,分析其高温环境开裂机理,优化热处理工艺参数,为特殊环境用钢开发、应用提供理论基础。

针对热防护结构焊接需求,开展先进高强度钢、铝合金、高熵合金等金属材料CO2气体保护焊、TIG/MIG、埋弧焊等常规熔焊及激光焊接、超声波等特种焊接工艺及接头断裂机理研究,深入研究焊接接头显微组织分布特征,开展微观缺陷表征与力学性能测试,分析连接薄弱环节断裂机理,建立不同焊接材料、工艺与接头组织、性能间相互作用机制。利用有限元分析方法对接头热/应力场进行模拟与优化,为热防护结构的焊接连接提供理论依据和数据支持。

3)热防护材料可靠性设计与失效机理研究

该方向主要针对热防护材料烧蚀过程真实模拟及热防护材料服役条件下的可靠性及失效问题开展研究,具体内容为:

针对热防护系统表面气动热环境测试中的关键问题,利用防热材料内部温度测试方法和热解型烧蚀材料表面热流辨识与烧蚀热响应反演,建立一种根据地面/飞行测试数据辨识烧蚀材料参数和材料所承受气动热,并反演热解型防热材料烧蚀过程的研究方法。

针对超高温陶瓷中复杂的热震表现,采用计算材料学中多尺度分析法,探索在热震条件下超高温陶瓷中宏微观热结构演化和力学残余强度突变的表现特性,及其相关的跨(多)尺度关联性机制。

针对热防护系统中不同结构中金属部件表面热防护需要,采用磁控溅射、蒸镀、复合电沉积、热喷涂等技术对热防护材料及封装器件进行表面改性处理,深入分析防护涂镀层表面形貌及微观结构、界面分布特征,研究涂镀层在高温、大气环境下的腐蚀行为及其时空演化机制,利用多种理化研究手段,开展极端环境下的腐蚀模拟与监测、腐蚀寿命预测失效行为分析,为研究热防护材料在极端环境下的可靠性提供实验条件。

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