1、团队负责人:于方丽
2、团队情况:本团队现有8人,其中教授1人,副教授2人,高级工程师2人,讲师3人,博士7人,硕士1人;现主持(完成)国家自然科学基金项目2项;中国博士后科学基金及省自然科学基金项目等项目7项,市厅级项目8项,横向项目32项;发表科研论文82篇,其中SCI或EI 收录50篇;申请国家发明专利34项,其中授权17项,专利成果转化10项。
3、团队主要研究领域:
①先进陶瓷材料及其制备技术
②先进复合材料及其制备技术
③等离子体表面处理技术
④纤维材料及其制备技术
4、所取得的标志性成果
①研究了多孔阻尼吸声、微观亥姆霍兹阵列共振吸声与纤维组织受迫振动的协同作用机制,揭示了多孔材料能量耗散机理。通过理论模型计算多孔材料在高温、高声压条件下的吸声系数,并与实验测试结果对比,研究了不同温度和声压条件下多孔材料吸声性能与材料结构参数(纤维组织特征、孔隙率、孔径分布等)间的定理关系,验证理论模型的正确性并指导了多孔氮化硅陶瓷的结构设计与制备工艺。

图1 构筑多孔材料吸声结构示意图
②针对氧化铝基纤维等轴晶粒组织导致其强韧性不足的问题,通过棒状晶定向互锁结构设计,结合多尺度下宏观纤维直径和微观纳米晶粒的尺寸效应,可大幅改善纤维的强韧性。利用液态催化剂法制备超细直径纳米莫来石晶须,以其为模板籽晶,通过干法纺丝获得籽晶沿轴向定向排布的凝胶纤维;进一步通过真空快速烧结,获得具有纳米尺度的棒状晶粒定向排布结构的致密氧化铝基连续纤维。该研究揭示多尺度下纤维直径和纳米晶的强韧化机制和光学特性;为陶瓷纤维的创新设计和功能化提供了新思路。

图2 研究的结构示意图
③长期开展热障涂层体系的制备及其高温服役性能提升方面的基础研究工作。通过利用超音速强刚性等离子体射流对合金层表面进行改性处理。研究结果表明,利用超音速等离子体射流对合金层表面进行预热处理后,能够有效降低涂层表面粗糙度,并在涂层表面生成一层致密的Al2O3膜。涂层的氧化动力学实验和高温热循环测试结果表明,经过表面改性后的涂层高温稳定性得到了显著提高。

图3 粘接层预热前后的表面形貌和截面形貌对比图

图4 两组热障涂层体系的高温热循环使用寿命与抗氧化性对比图
④采用静电纺丝技术,制备不同拓扑结构的静电纺丝微纳米纤维,探索静电纺丝微纳米纤维材料的成型理论及结构设计规律,开发可用于电池的微电极、组织工程、过滤材料等领域的新型功能化纤维材料。

图5 静电纺丝技术制备的纳米纤维(a),静电直写技术制备的微米拓扑结构(b)、(c)、(d)
⑤采用等温化学气相渗透、B4C陶瓷料浆浸渗-热解以及反应熔体浸渗相结合的工艺,制备出致密度高的C/C-ZrC-SiC-ZrB2复合材料,ZrC-SiC-ZrB2基体主要分布在纤维网胎层,表现出良好的反应结合。将该复合材料设计成仿前缘状构件,暴露在热流密度为2.38MW/m2的氧-乙炔焰流环境下测试120s,驻点温度高达2500℃,构件仍旧保持着完整的形状,具有优异的抗烧蚀性能。

