摘要：在油气钻井、深部地层钻探中,聚晶金刚石钻头有着广泛的应用。聚晶金刚石复合片(PDC)由聚晶金刚石层与硬质合金基体所组成。由于聚晶金刚石层与硬质合金基体的热膨胀系数等性质差异,PDC在烧结冷却后内部会存在巨大的残余应力。为降低PDC内部的残余应力,本文提出了一种梯度结构金刚石复合片的制备技术。通过以熔融沉积成型加烧结的工艺方法,确定了梯度结构金刚石复合片的制备技术路线;对制备出的梯度结构金刚石复合片的微观形貌及残余应力的分布情况特征等进行分析;进行室内钻进试验验证了梯度结构金刚石复合片的钻进性能。结果表明,熔丝制造工艺制备的梯度结构金刚石复合片在聚晶金刚石层和梯度层界面处存在1.4 GPa的压应力,显著提高了层间结合能力,相比常规复合片钻进效率提升约36%且使用寿命更长。

摘要：以Inconel625合金作为参照对象,基于界面调控的合金设计思路,采用热力学软件设计出一种低合金化低层错能的镍基变形高温合金。通过表面机械碾压处理(SMGT)技术,研究层错能对镍基合金梯度结构的演化机制和晶粒细化机制的影响规律。结果表明,经SMGT处理在Inconel 625合金、M1和M2合金表层中分别制备出了450、300和250μm厚的梯度结构层。此外,不同合金梯度组织的演化机制也不同,在Inconel 625合金中,随着应变的逐渐增加,其微观结构细化机制逐步从位错分割机制转变为剪切带和孪晶分割机制;而在M合金中,以形变孪晶分割机制为主。因此,基于设计理念及对应的组织演变机制,可为低层错能镍基变形高温合金的成分设计提供一定的参考。

摘要：在传统内凹六边形蜂窝结构的基础上,结合甲虫鞘翅结构提出一种新型负泊松比蜂窝结构,基于有限元软件Abaqus/Explicit仿真计算比较所提出的新型负泊松比结构与内凹六边形结构的抗冲击能力和能量吸收能力,以初始碰撞峰值力和比吸能为评价指标,结果表明新型负泊松比结构相较于内凹六边形结构的初始峰值力降低了28%,在压缩后程进入密实化阶段前结构吸能能力提高了35%.以胞元角度作为梯度变换参数来构造不同梯度排列的新型负泊松比结构,计算分析和对比不同梯度结构与均匀新型负泊松比结构的缓冲性能以及各结构在冲击过程中的变形模态,结果表明四种梯度结构均可强化结构的抗冲击能力,但在能量吸收性能上,分层递变正梯度结构(C3)的吸能能力较强.使用3D打印技术制作C3结构和均匀新型负泊松比结构的实验样件,进行准静态冲击实验,通过对比分析验证了仿真结果的正确性.本文研究结果表明:合理的梯度分布排列方式对提高结构的抗冲击性能和能量吸收能力有重要意义,为后续探索结构缓冲设计提供参考.

摘要：采用真空热压烧结方式制备了Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)梯度复合陶瓷刀具材料,并对ZrO_(2)含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为2.0的AZE20梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(18.7±0.33) GPa,抗弯强度为(937±28.5) MPa,断裂韧性为(8.2±0.32) MPa·m^(1/2),相比最佳ZrO_(2)含量的均质复合陶瓷刀具材料AZ20,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别增加了22%、37.8%和43.8%。梯度结构的设计使表层形成残余压应力,晶粒得到一定程度的细化,更多的ZrO_(2)晶粒因残余压应力尺寸稳定在t相ZrO_(2)晶粒尺寸。在复合材料断口形貌中发现,其断裂方式为表层穿晶断裂和中间层沿晶断裂的结合,这种混合断裂方式使刀具整体力学性能得到提高。

摘要：改变过氧化二异丙苯(DCP)用量制备不同发泡密度的三元乙丙橡胶(EPDM)发泡材料,并且通过叠层法制备发泡密度沿厚度方向呈梯度变化的EPDM梯度发泡材料。考察了发泡密度和梯度结构设计对EPDM混炼胶的硫化发泡特性、硫化胶的泡孔微观形态、力学性能、压缩应力-应变性能以及能量吸收特性的影响。结果表明,随着DCP用量的增大,发泡材料密度增大,发泡倍率降低,力学性能得以改善。与发泡密度最低的最外层均质发泡EPDM材料相比,梯度发泡材料的拉伸强度和100%定伸应力提高,断裂伸长率下降,压缩弹性模量增大。梯度结构设计影响发泡材料吸能值和能量吸收效益达到最优的极值。因此,梯度发泡材料在合适的应力范围内可以不牺牲力学性能,同时获得最大的吸能能力。

摘要：基于对高速硬切削时刀具应力和温度分布,以及刀具内部疲劳裂纹扩展仿真分析,提出一个组分含量分布和微观结构具有梯度特征的设计模型。通过韧性相的添加和梯度结构的引入,实现疲劳裂纹扩展速率的减缓,从而提高刀具寿命。采用二阶段热压烧结工艺制备出具有梯度结构的Al_2O_3-(W,Ti)C-TiN-Mo-Ni纳米复合刀具材料,并对其微观结构和力学性能进行研究。结果表明:所制备的梯度结构金属陶瓷材料表层硬度、内层的断裂韧度和抗弯强度分别达到19.258GPa,10.015MPa·m^(1/2)和1017.475MPa,满足高速硬切削刀具的性能要求。材料的断口出现韧窝和黏结相撕裂形成的断裂棱,有利于断裂韧度和抗弯强度的增强,从而提高刀具抗疲劳裂纹扩展能力。

摘要：为增强聚酰亚胺非织造材料的液体水管理能力,以聚酰亚胺纤维、粘胶纤维为原料,采用梳理-针刺-热熔复合工艺技术制备了双层(阻燃层和吸湿层)梯度结构的针刺非织造材料试样,并对试样的舒适性(柔软度和透气性)、热防护特性和液态水管理能力进行了表征分析。结果表明,阻燃层和吸湿层在纤维簇的作用下有效固结成清晰的梯度结构,且阻燃层中聚酰亚胺纤维比例为70%时,所制备试样的透气率达924 mm/s,单向导湿能力指数为263.3,热防护系数为26.65 cal/m^(2)。表明其兼具有优异的定向导水能力和热防护特性,可适用于隔热服、消防服等特种热防护领域。

摘要：基于Gleeble3500热模拟试验机设计了半固态触变锻造成形装置,通过触变锻造工艺制备了9Cr18不锈钢制件,研究其显微组织结构和演变特征。研究结果表明,半固态触变成形装置能够实现9Cr18半固态坯料成形。在触变锻造成形过程中,固相骨架破碎后,半固态坯料表现出触变特性,载荷随着变形的进行而下降。9Cr18触变制件变形区呈现梯度结构的显微组织特征。触变制件边部存在明显的液/固分界层。分界层外侧为液相凝固形成的共晶组织;分界层内侧主要为固相颗粒。9Cr18触变制件具有独特的组织演变规律,其内部主要为具有良好塑性变形能力的奥氏体组织,表层存在大量的M 7C 3共晶碳化物,二者共同保证了9Cr18不锈钢触变制件具有“外硬内韧”的特征。

摘要：为探究梯度结构纤维过滤材料的制备工艺对过滤材料结构、性能的影响,制备了聚苯硫醚纤维-聚四氟乙烯超细纤维(PPS-PTFE)滤料,并分析了制备工艺(超细纤维层面密度和水针能量)对结构和过滤性能的影响,建立了对应的二次方模型。结果表明:超细纤维层的面密度对孔径大小和过滤效率均有显著的影响,随着超细纤维层面密度从(49±3.8)g/m^2增大到(181±12.5)g/m^2,试样的模态孔径从20.22μm降低到12.52μm,而对2.05μm颗粒物的过滤效率从63.41%提高到91.87%;水针能量在3 738~8 755 J/g范围内,过滤效率和过滤阻力均随着水针能量的增大而增大;建立的二次方模型的置信度高,表明模型适用于梯度结构的耐高温纤维过滤材料的工艺设计。

摘要：在电解水制氢的过程中,多孔电极内的孔隙会发生气泡阻塞现象,这会妨碍气体扩散以及电解液在多孔电极内的流动,从而导致电极传质电阻的增加,进而影响电解水制氢的速率和能耗。采用3D金属打印技术制备了LSL-PTL、MMM-PTL和SLS-PTL三种规则的镍铁合金电极扩散层,进行了可视化的水电解实验,定量地记录了不同电流密度下梯度多孔传输层中气液两相流动的变化,包括气泡形态、孔隙含气率和气泡脱离速率等参数,研究扩散层梯度对气液传质过程的影响,并分析了不同电极梯度结构对电解过程中阻抗和过电位的影响。实验结果显示,与SLS-PTL和MMM-PTL相比,LSL-PTL的梯度结构从催化层即逐渐增大孔隙尺寸,始终保持较低的容积含气率,可以加速气泡在扩散层中的迁移,使气液交换更加频繁,有效减小气液传质阻力,并获得更低的传质阻抗和电解过电位,三种梯度电极在相同电流密度下的电解电势关系为ELSL<E_(MMM)<E_(SLS)。因此,在水电解中采用LSL-PTL梯度的扩散层可以提高制氢效率,减少能耗损失。这项研究为水电解制氢中气液传质过程的主动控制和电解池多孔传输层的结构设计提供了直观依据,对电解水制氢技术的进一步发展具有积极推动作用。