复习资料先进装备汇报材料.docx
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复习资料先进装备汇报材料
《先进装备材料》复习大纲
核装备及风电装备材料
1、名词
快中子与热中子:
裂变产生的中子平均动能约 2MeV 称为快中子;与环境达到热
平衡的中子,能量约为 0.025eV 称为热中子。
质量亏损:
在核反应中,指原子核的质量与组成原子核的所有单个质子与单个
中子的质量之和的差,质量差以能量的形式存在。
衰变热:
放射性核素衰变时所产生的热。
中子慢化:
中子与介质原子核碰撞,引起中子能量减少而减速的现象。
天然铀和浓缩铀:
直接从矿石中提取的铀叫天然铀,经过同位素提炼后,铀
235 含量超过 90%的铀金属。
S(E)玻璃纤维:
高强度玻璃纤维,纤维强度高的玻璃纤维。
无碱玻璃纤维,
碱金属含量低的玻璃纤维。
真空灌注:
一种利用真空压力制作成型的工艺技术。
将材料铺放在模具上,抽
气至负压,树脂通过胶管进入整个体系,浸透构件铺层。
树脂传递模塑:
将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法
2、高温气冷堆的作用与特点。
答:
高温气冷堆是以氦气作为冷却剂,以石墨作为慢化剂,采用全陶瓷涂敷颗
粒燃料,出口温度高的反应堆,主要用来发电,钢铁和有色金属冶炼,石油精
炼,海水淡化等。
特点:
出口温度高、中子吸收小传热好、安全性好、发电效率高、系统简
单建造周期短。
3、高温气冷堆的球形燃料元件及其包覆燃料颗粒的构造与用料。
答:
球形燃料原件由包覆颗粒燃料和燃料元件石墨基体组成。
包覆颗粒燃料由
内而外:
UO2 核心,疏松的 PyC 层(热解炭缓冲),内致密 PyC 层(承压,防
接触),SiC 层(承压,防裂变产物扩散),外致密 PyC 层(保护 SiC 层)。
石墨基体则是由 64%天然鳞片石墨,16%的人造石墨和 20%的酚醛树脂
组成。
4、核反应堆慢化原理与用材。
答:
使裂变中子与慢化剂原子核发生碰撞,把其携带的能量传递给被撞原子,
经多次碰撞,变为热中子。
轻水堆用轻水作慢化剂,重水堆用重水做慢化剂,
气冷堆用石墨作慢化剂。
5、对比分析锆和石墨在核反应堆中的应用。
答:
锆用作轻水堆的包壳材料,空气中稳定,中子吸收截面小,良好的耐腐蚀
性。
从矿石中提炼的时候需要锆铪分离,合金化可以抵消杂质,提高综合性能。
石墨分为燃料基体石墨和反射层
1. 燃料元件中石墨作基体,作用保持一定燃料结构,中子慢化,导热
2. 结构核级石墨:
构成堆芯砌体,起到反射中子作用,纯度要求极高。
6、风力机叶片的制造工艺及其用材。
生产准备——SS 面壳体制作——PS 面壳体制作——前缘腹板制作——后缘腹
板制作——根部平台制作——合模——补强——表面处理——配重
用材:
基体材料(树脂),增强材料(纤维),夹芯材料(泡沫),胶粘剂和
辅助材料(优异附着力,良好弹性等)
碳纤维及其复合材料
1、名词:
纤维的预氧化:
对碳纤维原丝进行高温热稳定化处理,得到具有高阻燃性,良
好耐腐蚀性能的预氧丝。
纤维的石墨化:
将碳纤维置于石墨化炉内保护介质中加热到高温,使六角碳原
子平面网格从二维空间的无序重叠转变为三维空间的有序重叠,且具有石墨结
构的高温热处理过程。
2500
湿(干)法纺丝:
湿法纺丝是将溶解制备的纺丝液从喷丝孔喷出,在液体凝固
剂固化成丝。
特点是纺丝速度慢,喷丝孔多,成本低,较常用;干法纺丝的纺
丝液喷出后在热空气挥发固化成丝,特点孔少,速度高,成本高,较少使用。
等离子体氧化:
通过电解液与相应电参数的组合,在铝、镁、钛等金属及其合
金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用,原位生长出以基体金属氧化物
为主的陶瓷膜层。
纤维缠绕成形:
将浸过树脂胶液的连续纤维按照一定规律缠绕到芯模上,然后
经固化、脱模,获得制品。
碳纤维捻度:
在单位长度的纱中,纤维所捻成的回旋数,一般捻度大强度也大。
2、碳纤维的定义、分类与特点。
答:
定义:
是一种含碳量在 95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成,经碳化及石墨化处
理而得到的微晶石墨材料。
分类 :
按原料来源:
聚丙烯腈基碳纤维,沥青基碳纤维,粘胶基碳纤维等;
按性能:
通用型,高强型,高模型,中模高强型,超高模型;
按状态:
长丝,短纤维,短切纤维
特点:
高强度,高模量,密度低,线膨胀系数小,耐腐蚀,抗放射等特点。
3、 PAN 基与沥青基碳纤维的制备工艺流程。
PAN 基:
聚合——溶液纺丝——预氧化——炭化——石墨化——精加工
沥青基:
熔化过滤——熔纺法纺丝——不熔化处理——炭化——石墨化——
精加工
4、纤维的预氧化、碳化、石墨化。
答:
预氧化和石墨化已论述
碳化:
将预氧丝在隔绝空气下热分解为碳和其他产物,去除杂志和挥发分,
得到目标产物。
1000-1500
5、碳纤维的高性能化与低成本化的途径。
答:
解决途径主要包括——设计,稳定性与制造技术。
第 1,选用整体化设计工艺,可起到减少零件数和装配工时的作用;
第 2,第二,原材料应选用低成本中大丝束碳纤维以及适合低成本工艺的树脂;
第三,碳纤维制品的加工工艺应选用非热压罐工艺,包括真空袋成形、RTM 等;
第四,应采用制造自动化,提高工效和降低废品率;
第五,需要利用碳纤维优良的抗疲劳和耐腐蚀性能,降低维护成本和提高出勤
率。
6、树脂基复合材料的复合原则。
答:
1.对纤维具有好的润湿性,从而使基体与增强材料间具有较强的结合力;2.基
体应具有较好的塑性和韧性,延缓裂纹扩展;3.基体能够很好地保护纤维表面,
不产生损伤;4.纤维有很高的强度和刚度;5.纤维必须具有适当的的含量,直
径和分布;6.纤维和基体应有相近的热膨胀系数
7、碳纤维复合材料的制备工艺方法。
答:
预浸——成型——固化——脱模
成型方法有:
手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、模压成型
【后面可不答】
手糊成型工艺:
在模具表面上涂抹脱模剂、胶衣,将事先裁好的碳纤维预
浸布铺设在模具工作面上,在工作面上刷涂或喷射树脂胶液,达到所需要的厚
度之后,成型固化、脱模、后处理。
喷射成型工艺:
一般利用短切纤维和树脂混合,在喷枪中利用压缩空气均
匀喷洒在模具表面上,达到所需厚度后,再利用手工橡胶锟来回刷平,最后固
化成型。
纤维缠绕成型工艺:
将经过树脂液体浸渍的连续纤维或碳布按照一定规则
缠绕到芯模上面,然后经过固化、脱模、后处理成为复合材料制品的加工工艺。
拉挤成型工艺:
将事先浸渍树脂胶液的碳纤维丝束、带或布等原材料,通
过牵引力的作用,挤压模具成型、固化,连续不断地生产规格、长度不同的碳
纤维型材。
8、碳纤维及其复合材料在航空航天、汽车的应用需求及需要解决的问题。
答:
航空:
火箭飞机导弹等航天设备需要——结构轻质化、防热要求高尺寸稳
定、可安全重复使用。
需要解决问题:
成本高;生产周期长效率低;产品设计开发难度大;回收技术
不够;存在各向异性。
汽车:
车身更高的轻量化效果,抗冲吸能,高结构承载能力
需解决的问题:
理念问题,复合材料不是金属材料的替代材料;复合材料供应
商与汽车制造企业的合作模式——战略合作;发展低成本材料;高效率低成本
的制造工艺技术
纳米碳材料
1、名词
富勒烯:
任何由碳一种元素组成,以球状,椭圆状,或管状结构存在的物质,
都可以被叫做富勒烯,富勒烯指的是一类物质。
金属型(半导体型)碳纳米管:
单壁碳纳米管按其卷曲方向有(n,m)两个参数,
当(n-m)可以被 3 整除时,单壁碳纳米管是金属性的;反之则为半导体性的。
石墨烯:
是一种由碳原子以 sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米
材料。
库仑阻塞效应:
一旦某个电子进入了金属微粒,它将阻止随后的第二个电子再
进入同一金属微粒. 因为这样的过程将导致系统总能的增加,所以是不允许发
生的过程。
有机太阳能电池:
以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料,以光伏效应而
产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果.
2、富勒烯的结构特点。
答:
五角环数 12 个,六角环数因笼大小而异。
杂化方式介于 SP2 和 SP3 之间,
整个表面形成大的一个大的共轭体系。
满足欧拉公式,凸多面体定点数(V),
面数(F),棱边数(E),V+F-E=2。
3、纳米碳管的性质及其应用。
答:
奇异的导电性:
可呈金属导电性,也可呈半导体特性;存在库伦阻塞效应;
优异的场发射性能。
优异的热学性质:
真空下 2800℃下保持稳定;导热性能是金刚石的 2 倍
优异的力学性质:
极高的强度和韧性,SWNT 杨氏模量高达 5Tpa,强度是钢
的 100 倍,而密度只有钢的 1/6
应用:
场发射显示(LED),冷光电灯泡的灯丝,锂离子电池的负极材料,
太阳能的窗口曾和高性能吸附材料。
4、石墨烯的性质及其应用。
答:
高强度,高热导率,高载流子迁移率,室温量子霍尔效应,室温铁磁性。
应用:
场效应晶体管,透明电极,高导热材料,储能器件,传感器。
轻量化材料-铝合金
1、名词
变形铝合金:
变形性铝合金是通过冲压、弯曲、挤压等工艺使其组织、形状发
生变化的铝合金。
分为可热处理强化和不可热处理强化。
这类铝合金加热可形
成单相 α 固溶体,塑性好。
超高强铝合金:
具有超高强度的铝-锌-镁-铜系合金,是现有铝合金中强度最高
的。
这类合金可热处理强化,在人工时效状态下使用。
硬铝:
指铝合金中以 Cu 为主要合金元素的一类合金,代号 2xxx。
防锈铝:
防锈铝主要是 Al-Mn 系及 Al-Mg 系合金。
因其时效强化效果不明显,
所以不宜热处理强化,但可以通过加工硬化来提高强度及硬度。
硅铝明:
是以硅为主要合金元素的一类铸造铝合金,可分为简单硅铝明和特殊
硅铝明。
具有良好的铸造性能、焊接性能、抗蚀性能和足够的力学性能。
2、铝合金的编号(1000~7000 系),各个系列的主要合金元素和性能特点。
答:
1 系:
含铝 99%以上,也称做纯铝系列,它的特点是导电性好,耐腐蚀性能
好,焊接性能好,强度低,不可热处理强化。
2 系:
以铜为主要合金元素的铝合金,高温强度高,易腐蚀
3 系:
以锰为主要合金元素的铝合金,不可热处理强化,耐腐蚀性能好,
焊接性能好,塑性好,可通过冷加工硬化来加强强度。
4 系:
以硅为主要合金元素的铝合金,铸造机械性能良好,不常用
5 系:
以镁为主要合金元素的铝合金,强度塑性高,耐受性能好,不可热
处理强化
6 系:
以镁和硅为主要合金元素的铝合金,中等强度,耐腐蚀性能好,焊
接性能好,工艺性能好(易成型),多做锻铝。
7 系:
以锌镁铜为主要合金元素的铝合金,硬度非常大,焊接性能好,可
热处理强化。
工艺性能好。
3、铝合金的强化方式。
答:
固溶强化:
合金元素加入纯铝中,形成铝基固溶体,起固溶强化作用,使
其强度提高。
铝的合金化一般具有较大的极限溶解度。
镁的强化效果最好,锌
的强化效果最差。
弥散强化:
当加入合金元素过量后,淬火加热时会产生少量 Al3Er 初生相
粒子,冷却后固态中产生弥散分布的 Al3Er 颗粒,阻碍位错滑移运动。
【绕过
机制】
细晶强化:
加入一些合金元素起形核剂作用,减少基体 Al 的孕育周期,抑
制其长大,晶界变多,对位错塞积阻碍严重,起到强化作用
时效强化:
铝合金的热处理强化,主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度
且随温度降低而急剧减小,故铝合金经加热到一定温度淬火后,可以得到过饱和
的铝基固溶体,这种过饱和的铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时,其强
度、硬度随时间的延长而提高,塑性、韧性则降低。
【切过机制】
4、铝合金时效过程中相结构及组织的变化、及其对性能的影响。
答:
相结构及组织变化:
α 过——α+GP——α+cita”——α+cita’——
α+cita
其中 GP 区,cita”,cita’均为亚稳相,cita 为平衡相。
GP 区是溶质原子富集的排列有序的,均匀分布在基体上,存在一定的共格应变,
起到强化效果;cita”为完全共格,比 GP 区有更大的共格应变,强化效果更大;
cita’为部分共格,接近于平衡相;平衡相完全不共格,晶粒尺寸粗大,降低
了强化效果。
整个强化过程中存在峰值失效
超高强度钢
1、名词
二次硬化型超高强度钢:
经过加热淬火后在 480~550℃温度范围回火时,析出
合金碳化物产生弥散强化效应,其屈服强度大于 1380MPa 的超高强度钢
马氏体时效钢:
以无碳(或微碳)马氏体为基体的,时效时能产生金属间化合
物沉淀硬化的超高强度钢。
沉淀硬化不锈钢:
在不锈钢化学成分的基础上添加不同类型、数量的强化元素,
通过沉淀硬化过程析出不同类型和数量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间
化合物,既提高钢的强度又保持足够的韧性的一类高强度不锈钢
超细晶粒钢:
超细晶粒钢是指通过特殊的冶炼和轧制方法得到的晶粒尺寸在微米
级或亚微米级的新一代超强结构钢。
Q&P 钢:
淬火-碳分配马氏体钢,采用淬火配分工艺生产一种具有 TRIP 效应的高
强度高韧性的马氏体钢
Q-P-T 钢:
淬火-碳分配-回火马氏体钢,采用淬火配分工艺生产,并经过低温
回火处理,得到一种强度更高马氏体钢
2、低合金超高强钢的主要合金元素及其作用。
答:
1.保证钢的淬透性(Cr,Mn,Ni)
2.增加钢的抗回火稳定性(V,Mo)
3.推迟低温回火脆性(Si)
4.细化晶粒(V,Mo)
5.均能使得 Ms 点降低下降,淬火冷却到室温时残余奥氏体量增加
3、马氏体时效钢的强化原理和热处理工艺及其应用。
答:
原理:
利用金属间化合物在含 C 极低的马氏体中弥散析出来强化(时效强
化)
工艺:
高温奥氏体——淬火马氏体(合金元素溶解在 M 中)——时效马氏
体(沉淀强化)
应用:
已在包括火箭发动机壳体,直升飞机起落架,精密模具中得到广泛
应用
4、 Q&P 和 Q-P-T 过程与强韧化原理。
答:
QP:
将中高含硅碳淬火至高于室温并在 Ms 和 Mf 之间的某一淬火温度,并
保温一段时间,使得碳从过饱和的马氏体中分配到奥氏体中去。
奥氏体富碳以
致在随后冷却到室温的过程中保持稳定不发生马氏体相变。
QPT:
通过回火处理,使得一部分碳化物析出强化进一步提高钢的强度。
添
加了既能析出强化又能细晶强化的元素,Nb,V,Ti。
高温合金
1、名词
铁基(镍、钴)高温合金:
以铁钴镍为基体,能在 600-1200℃,一定应力条件下
适应不同环境短时或长时试用的金属材料。
热疲劳:
金属材料由于温度梯度循环引起的热应力循环(或热应变循环),而
产生的疲劳破坏现象,称为热疲劳。
持久强度:
试样在一定温度和规定的持续时间下,引起断裂的应力称持久强度,
反映抗高温断裂能力
晶界强化;向钢中加入一些微量的表面活性元素,如硼和稀土元素等,产生内
吸附现象浓集于晶界,从而使钢的蠕变极限和持久强度显著提高的方法
2、高温合金的高温性能要求。
答:
高温下的力学性能,高温下的抗腐蚀性能。
力学包括:
蠕变,持久强度,抗热疲劳,松弛
抗腐蚀性能包括:
抗氧化,硫化,热腐蚀等
3、提高高温合金性能的途径和方法。
答:
结构强化和工艺强化。
结构强化:
固溶,沉淀,晶界,碳化物和氧化物强化
工艺强化:
定向凝固(消除垂直应力方向晶界),粉末冶金(偏析出降低),
快速凝固(组织细化,偏析降低)
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