1. 微算云平台首页
  2. 微算云平台

刘锦川院士Science:这个技术,对空间探索不可或缺!

7月23日12时41分,我国在海南岛东北海岸中国文昌航天发射场,用长征五号遥四运载火箭成功发射首次火星探测任务天问一号探测器,火箭飞行约2167秒后,成功将探测器送入预定轨道,开启火星探测之旅,迈出了我国行星探测第一步。

火箭升空需要巨大推力的发动机,大部分发动机靠排出高温高速燃气来获得推力,固体或液体推进剂(由氧化剂和燃料组成)在燃烧室中高压(10-200 bar)燃烧产生燃气。发动机的材料必须能够耐受高温高压,才能有更长久的寿命。

刘锦川院士Science:这个技术,对空间探索不可或缺!

原子紧密排列成有序结构的合金构成了一类结构材料,它们弥补了普通金属和硬陶瓷之间的鸿沟,具有潜在的新机械性能。这些长程有序超晶格合金具有很强的化学结合能力和较低的原子迁移率,这使得它们在广泛的工程领域(如航空航天、汽车、燃气涡轮发动机和许多其他行业)的高温结构应用中具有很强的吸引力。

自20世纪50年代以来,大量的努力致力于研究和开发大块有序合金。尽管已经取得了许多进展,但这些合金的广泛应用仍然难以实现,这在很大程度上受到环境温度下强度和延展性之间不可调和的冲突的限制。当合金的晶体结构变得高度有序时,在环境温度下就很容易发生灾难性的脆性破坏,破坏合金最理想的性能。因此,大多数具有超高强度的常规有序合金在拉伸变形过程中非常脆,这严重限制了它们在结构应用中的潜在应用。

一些立方有序合金中存在可观的延展性,如二元Ni3Al、FeAl和NiAl铝化物。然而,它们的屈服强度在环境温度下仍然相当有限,在许多工程领域中还不够强。

此外,在高温下缺乏足够的热稳定性是它们实际应用的另一个问题。多晶合金在高温下通常不稳定——热驱动的结构不稳定性,如快速或异常的晶粒粗化和相关的软化行为,严重限制了它们在高温下的使用。一个解决办法是合成大的单晶来解决这个问题;然而,这种技术需要一套极其复杂的工艺,制造成本高,生产周期长。

香港城市大学刘锦川院士团队在Science发表最新发现,Ultrahigh-strengthand ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces。

作者脱离了传统的高温合金设计策略,专注于纳米级界面的无序。这为调整微观结构提供了一个不同的方向,通过协同调节大块有序合金的结构和化学特征,以达到卓越的机械性能和特殊的热稳定性。通过电弧熔炼和热机械加工,作者在合金中加入少量的硼,可控地合成了Ni43.9Co22.4Fe8.8Al10.7Ti11.7B2.5[原子百分比(at %)]合金,开发的超晶格材料(SMs)具有纳米级无序界面(NDI-SMs),具有多晶形态(11.0±7.5°m平均晶粒尺寸),其异常结构特征由纳米级有序超晶格晶粒(OSG)包裹无序界面纳米层(DINL)组成。关键的是,该合金在晶粒之间的纳米级无序界面,这大大提高了延展性,同时防止了高温晶粒粗化。这种合金设计为各种应用创造了诱人的高温性能,将在航空航天、汽车、核能、化学工程和其他应用领域引起广泛的兴趣。
刘锦川院士Science:这个技术,对空间探索不可或缺!
图文导读
刘锦川院士Science:这个技术,对空间探索不可或缺!

图1. 超晶格材料不寻常的纳米界面无序结构的表征

刘锦川院士Science:这个技术,对空间探索不可或缺!

图2. 三维组分分布与超晶格材料的纳米无序界面共分离

刘锦川院士Science:这个技术,对空间探索不可或缺!

图3. 超晶格材料的机械稳定性和热稳定性。

刘锦川院士Science:这个技术,对空间探索不可或缺!

图4. 塑性变形、微观机制和界面无序延化。

文献来源:
Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloyswith nanoscale disordered interfaces. Science 369 (6502), 427-432.
http://science.sciencemag.org/content/369/6502/427
刘锦川,1937年10月12日出生于中国四川省,材料科学家,美国国家工程院院士 ,中国工程院外籍院士、台湾中央研究院院士,香港城市大学先进结构材料研究中心大学杰出教授。刘锦川主要从事材料科学与工程和先进金属材料的研究工作。
1960年刘锦川毕业于台湾大学;1962年赴美国留学,进入美国布朗大学材料科学与工程专业学习,先后获得硕士学位、博士学位;1967年博士毕业后进入美国橡树岭国家实验室,先后担任研究员暨高级研究员、合金行为与设计部门主任、院士、资深研究院士;1988年获得美国总统奖之一劳伦斯奖;1998年获得布朗大学杰出校友金质奖章;2004年当选为美国国家工程院院士 ;2005年担任美国田纳西大学教授暨杰出研究教授,同年当选中国工程院外籍院士; 2006年获得中国政府友谊奖;2009年被聘为奥本大学杰出教授;2011年被聘为香港城市大学大学杰出教授,同年被聘为台湾大学杰出讲座教授。
华算科技专注理论计算模拟服务,是唯一拥有VASP商业版权及其计算服务资质、唯一拥有海外高层次全职技术团队的正规机构!
采用第一性原理计算与分子动力学、蒙特卡罗等方法相结合,对电池、催化、纳米材料、生物医药等进行多尺度设计与模拟,专注为海内外催化、纳米及能源领域科研人员提供材料计算模拟整体技术解决方案。
涉及方向:材料结构、扩散、电导率、表面吸附能/吸附位、吸附分子构型优化、催化活性能、反应路径计算、OER、HER、ORR、自由能计算等
客户群体:已为清华、北大、天大、北理、北航、西交、华工、同济、复旦以及中科院各大院所等百余个高校院所提供超过1000个解决方案。
客户成果:Angew.、JACS、Nature子刊、Science子刊、AM、AEM、AFM、JMCA、ACS Nano、NanoEnergy等国际优质期刊。
手机:13129551561 (石先生)    座机:0755-26907854
邮箱:kefu@v-suan.com            技术客服微信ID:huasuan-shi

点击网页右上方【投稿】按钮,任何注册用户都可发布文章。转载、合作,侵权投诉等,请联系邮箱kefu@v-suan.com

发表评论

电子邮件地址不会被公开。

分享本页
返回顶部