PDF《D04.极端条件材料与器件》

1 D04.

极端条件材料与器件 分会主席:张保汉、杨李茗、朱嘉琦、邹勃、孙学峰、靳常青 D04-01 聚变极端条件下的金属材料 吕广宏 北京航空航天大学 聚变能源俗称人造太阳,具有清洁、安全、充足的特点,被认为是人类的终极能源.核聚变能开发对于中国能源发展尤 其重要.以2006 年国际热核聚变实验堆(ITER)计划为标志,核聚变能的研究已经进入了全球共同合作和研发的重要阶段. 材料问题是聚变能源实现的关键问题,金属材料是聚变堆材料包括壁材料和结构材料的主要候选材料.金属材料面临高热、 氢氦等离子体与中子辐照等聚变极端条件,其服役行为非常重要.本报告介绍聚变能源与聚变极端服役条件,并以报告人所 在研究小组开展的钨基壁材料辐照行为方面研究工作为例,介绍聚变极端条件下的典型金属材料行为. 关键词:聚变极端条件,金属材料 D04-02 核能系统压力容器材料的辐照脆化机制 李正操 清华大学 D04-03 高功率微波强场材料研究进展 陈昌华

1 ,刘文元

1 ,孙钧

1 ,常超

1 ,苏建仓

1 ,白书欣

2 ,吴平

1 ,万红

2 ,柯昌凤

1 1.西北核技术研究所 2.国防科技大学空天科学学院 随着高功率微波(HPM)技术向高功率、小型化、长寿命、高可靠性方向发展,应用于高电压、强电磁场及复杂应用 环境中的高功率微波强场材料已成为制约高功率微波技术发展的瓶颈.课题组从理论模拟和实验考核两方面分析探索了阴 极、收集极、介质窗、绝缘子等高功率微波器件在强场条件下的作用或失效机制,对器件材料进行了功能化设计和研制.重 点突破了炭基阴极材料制备和掺杂改性、 收集极复合材料熔渗及界面性能优化、 介质窗材料辐射聚合及聚合物表面物理刻槽 和化学氟化改性、热塑性聚合物大尺寸成型等关键技术,取得了重大技术进展. 所研制的炭基复合阴极样件较现有 POCO 石墨阴极使高功率微波能量输出提高了 20%,并首次验证了碳纤维作为环形 阴极的可行性;

多层复合电子束收集极提高了材料的耐电子束轰击能力及导热和导电能力, 工作寿命显著提升;

周期线刻槽、 氟化表面的交联聚苯乙烯高功率微波介质窗在几十纳秒脉宽下击穿阈值超过国内外公开报道的

1 倍以上;

开发出直径达

1 m 以上的聚苯乙烯、聚苯醚、交联聚苯乙烯、聚酰亚胺等高性能聚合物材料,并实现了材料的批量化制备. 关键词:高功率微波,强场,掺杂,改性,刻槽,氟化 D04-04 液态难熔金属的静电悬浮与深过冷研究 杨尚京,胡亮,王磊,魏炳波 西北工业大学理学院应用物理系 深过冷液态金属熔体处于热力学亚稳状态, 因此它在凝固过程中会出现与平衡条件完全不同的特征, 比如枝晶生长速度 的显著提高、 固溶度的拓展以及亚稳相的生成. 本文通过静电悬浮无容器处理技术研究了纯 Nb、 纯Zr、 二元 Nb90Zr10 和Zr90Ti10 匀晶合金的快速枝晶生长过程.实验中获得的最大过冷度分别为

446 K(0.16Tm)、388 K(0.18Tm)、498 K(0.19TL)和366 K(0.18TL), 并且所测枝晶生长速度都随着过冷度的提高显著增大, 在最大过冷度处, 它们的枝晶生长速度分别达到 40.7 m/s、 49.2 m/s、34.0 m/s 和71.1 m/s.相比于纯金属 Zr,Ti 组元的加入使 Zr90Ti10 合金的生长速度明显提高,而Zr 组元在 Nb90Zr10 合金中起相反的作用.基于无容器熔凝过程的温度变化及合金密度测定结果,分析表明 Nb90Zr10 合金在深过冷快速凝固条件 下形成了亚稳相.这可能是 Zr 组元对 Nb90Zr10 合金枝晶生长速度的影响与 Ti 组元在 Zr90Ti10 合金中的作用不同的原因. 关键词:静电悬浮,难熔金属,枝晶生长,亚稳相

2 D04-05 ReMoTaW 难熔高熵合金的组织与力学性能研究 魏琴琴,沈强,张建,罗国强 武汉理工大学 难熔高熵合金具有严重的晶格畸变导致高的固溶强化和原子迟滞扩散,因而具有高熔点、高强度、高硬度、耐高温软化 和耐腐蚀等优异的特性,成为发展新型高温高强合金的新方向和新思路.目前,航空航天工业的不断发展要求高温结构材料 具有更高的使用温度或者更高的高温强度,突破传统高温合金最高使用温度低于

1200 °C 的局限,因此探索一种由高熔点金 属组成的在室温和

1400 °C 高温下仍具有优良综合性能的高熵合金势在必行.迄今为止,已成功开发的耐高温高熵合金在室 温性能和高温性能上不可兼得,且在

1400 °C 仍具有较高压缩性能的高熵合金屈指可数.本文采用真空电弧熔炼法制备了一 种新型的耐高温高熵合金 ReMoTaW,研究了合金的组织结构以及室温和高温力学性能.结果表明,ReMoTaW 高熵合金由 BCC 固溶体基体, 富Ta 固溶体以及富 Re 固溶体三相组成. 合金的相偏析与二元合金相图中 Re 的有限固溶以及非平衡凝固 过程中的熔点差异密切相关. 室温下, ReMoTaW 高熵合金的抗压强度、 断裂应变及硬度分别为

1451 MPa, 5.69%和640 MPa. 经1400 °C 退火处理后,合金的组织结构无明显变化.在1400 °C 下,ReMoTaW 高熵合金的抗压强度高达

936 MPa,在合 金压缩量为 40%时仍未发生断裂,表现出良好的综合力学性能. 关键词:高熵合金,组织结构,相图,力学性能 D04-06 空间特种功能涂层创新技术及应用 吴晓宏 哈尔滨工业大学 航天器在轨期间将经受真空、紫外、高低温以及高能辐射等空间环境.航天器构件在这种恶劣和特殊空间环境下服役, 既要满足力学性能,还要满足热控、消杂光和抗辐照等特殊功能.以特殊功能为导向,开展了航天器用轻质合金表面多功能 膜设计、制备技术、功能调控及其应用研究,构筑出耐磨、抗辐照、消杂光和热控等多功能一体化涂层. 关键词:功能涂层,航天器,极端环境,表面技术 D04-07 空间高性能 X 射线聚焦探测器技术研究 苏云 航天五院

508 所D04-08 空间复杂辐射环境下的航天材料性能评价方法 沈自才 北京卫星环境工程研究所 航天材料在轨飞行期间将遭遇多组分多能谱的空间复杂辐射环境的作用,进而导致其热物、光学、电学、力学等性能的 退化甚至失效, 因此需要对其在轨性能退化进行地面模拟试验研究. 文章针对在开展航天材料空间辐射效应地面模拟试验评 价的过程中,材料研制和保证人员往往不知道开展哪些辐射效应评估、用什么方法评估、如何选定关键试验参数以及试验参 数如何使用等问题,首先对空间辐射环境及效应进行了分析,进而从带电粒子辐射效应、紫外辐射效应、综合辐射效应等角 度,给出了航天材料空间辐射效应地面模拟试验参数选取的原理、流程和方法,在此基础上,对真空度、温度以及原位测试 等共性问题进行了讨论,并给出了试验参数的选用建议. 关键词:航天材料,空间辐射环境,效应,评价方法 D04-09 卫星热控涂层现状及展望 刘刚,曹康丽,李瑜婧,周博,潘阳阳 上海卫星装备研究所 热控涂层是保证卫星正常工作,延长其在轨工作寿命的重要温控手段.随着我国卫星设计水平的不断提升,在轨可靠性

3 及寿命的提高,以及空间站、深空探测等项目的开展,对热控涂层进一步提出了高可靠、长寿命、功能性、轻量化等要求. 目前,国内外热控涂层的发展主要以满足卫星在空间环境使用寿命及可靠性为主要目标,以智能化、轻量化作为发展方向, 针对卫星的特殊功能及使用要求, 发展具有特定功能的涂层以满足设计要求. 本文就卫星热控涂层展开讨论, 对其主要性能、 发展现状以及未来的发展前景展望做出叙述. 关键词:热控涂层,空间环境,长寿命 D04-10 极端服役环境的航空材料技术 张博 北京航空制造工程研究所 随着我国航空装备高速发展,战场环境日益复杂,航空飞行器将面临诸如腐蚀、高能粒子辐照、超压、高温、高速、强 冲蚀等极端服役环境,对航空材料技术提出了越来越高的要求.本文主要介绍航空超高强钢焊接结构的腐蚀与防护、防辐射 透明材料以及高耐温橡胶材料等方面的技术研究. 目前我国装备力量逐步走向远洋, 飞机从陆基发展到海基将面临来自海洋环境的腐蚀破坏问题. 针对在海洋环境服役的 航空超高强钢结构,分析了超高强钢电子束焊接接头的焊缝区、热影响区和近缝母材的微观组织,测试了各微区的电化学性 能和耐腐蚀性能,研究了微观组织、电化学性能和耐腐蚀性能之间的相互影响关系,获得了航空超高强钢电子束焊接的最佳 工艺和防护技术,并成功用于指导我国某型飞机超高强钢结构的电子束焊接工艺. 针对航空透明件在核射线辐射、超压、高热、强光等极端环境下的防护要求,开展了具有核射线吸收能力的含钆、铅特 种航空有机透明材料的研究,利用蒙特卡罗法,计算了不同金属含量对热中子和 γ 射线的屏蔽能力,研究了金属元素含量对 材料力学、光学及防核辐射性能的影响规律;

构建了高当量爆炸源远场冲击模型,对透明件在力、热多场耦合条件下的爆炸 冲击响应行为进行了模拟;

同时,在强光、激光防护等方面开展了研究工作. 橡胶密封材料应用于飞机多个部位,是飞机各系统功能实现和保障必需的关键材料.在航空器飞行过程中,内部动力装 置和外部环境均要求橡胶密封材料具备优异的耐高温性能. 针对航空橡胶密封材料的应用需求, 开展了耐高温橡胶材料的研 究工作,包括橡胶热老化机理的分析,特种橡胶材料的结构设计及制备,硫化体系的研究,配方体系的研究等,并对耐高温 橡胶的力学性能和热学性能进行了测试,综合性能良好. D04-11 受限体系中 skyrmion 的直接观察与调控研究 田明亮 中科院强磁场科学中心 D04-12 拓扑绝缘体表面态的量子霍尔效应和普适电导涨落实验研究 宋凤麒 南京大学 拓扑绝缘体的体相能带具有一个奇异的拓扑数, 其与真空邻接的界面存在一个表面态. 此处介绍我们课题组在拓扑绝缘 体表面态低温输运研究的两个结果.拓扑绝缘体实际材料中存在体相、表面平庸、表面拓扑载流子等多种输运组分,如何确 认拓扑表面态的输运特征?我们在此展示三元拓扑绝缘体 Bi2Te2Se 器件拓扑表面态的普适电导涨落(UC........