地方应用型本科院校培养学生工程应用能力的探索与实践——以西安航空学院材料类专业为例

培养具有大国工匠精神的应用型专业人才是我国加快建设科技强国的要求。立德树人,对焦需求、变焦应用,聚焦创新意识、工匠精神的培养,是新时代西安航空学院人才培养的方向和目标。文章针对该校材料类专业学生认知实践能力欠缺、工程实践能力及创新实践能力不足等问题,探索并实践了“兴趣—乐趣—志趣”三阶段层级递进式学生工程应用能力培养体系,为有效解决应用型人才培养中的突出问题提供思路。     

放电等离子烧结技术制备MgAl2O4透明陶瓷的研究进展

MgAl2O4透明陶瓷由于其优良的力学性能及在可见光和红外波长范围内优异的光学性能,被认为是一种非常重要的光学材料.总结归纳了放电等离子烧结(SPS)技术制备MgAl2O4透明陶瓷的研究进展,重点介绍了温度和压力对材料最终光学性能的影响.分析表明,放电等离子烧结过程中升温速度、预压力对最终光学性能有较大影响.据此提出了相应的解决措施,并对今后的研究应用方向进行了展望,为进一步的深入研究奠定了基础.     

2维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征

通过单向拉伸和分段式加载-卸载实验,研究了二维编织C/SiC复合材料的宏观力学特性和损伤的变化过程.用扫描电镜对样品进行微观结构分析,并监测了载荷作用下复合材料的声发射行为.结果表明:在拉伸应力低于50MPa时,复合材料的应力-应变为线弹性;随着应力的增加,材料模量减小,非弹性应变变大,复合材料的应力-应变行为表现为非线性直至断裂.复合材料的平均断裂强度和断裂应变分别为23426MPa和0.6%.拉伸破坏损伤表现为:基体开裂,横向纤维束开裂,界面层脱粘,纤维断裂,层间剥离和纤维束断裂.损伤累积后最终导致复合材料交叉编织节点处纤维束逐层断裂和拔出,形成斜口断裂和平口断裂.     

低摩擦长寿命类富勒烯碳基薄膜的制备及其摩擦学特性

以甲烷(CH4)为前躯体,利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在单晶硅〈n-100〉基底表面制备含氢类富勒烯碳基薄膜(FL-C∶H)。采用高分辨透射电镜(HRTEM)、拉曼光谱仪(LABRAM)和多功能X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜及磨屑结构进行表征;利用摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM)分别测试薄膜的摩擦学性能和观察磨屑的微观形貌。结果表明,所制备的碳基薄膜具有类富勒烯纳米结构,且磨屑的显微结构亦呈现类富勒烯结构的特征。同时,类富勒烯纳米结构的碳基薄膜具有优异的摩擦学性能,与传统非晶类金刚石薄膜相比,其磨损寿命显著提高,在载荷为30N、摩擦速率为0.1m/s下薄膜的磨损寿命为3 538.2m,摩擦系数低至0.012左右,显示出长寿命低摩擦特性。     

化学气相浸渗2DCf/(SiC-C)复合材料的微观结构与强韧性

采用等温等压化学气相浸渗法(ICVI)制备了二维碳纤维增韧碳化硅碳二元基复合材料(2D Cf/(SiC-C)).利用扫描电镜(SEM)和背散射电子成像(BSE)研究了其基体的微观结构,并与二维碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(2D Cf/SiC)比较了室温力学性能和断口形貌.结果表明:2D Cf/(SiC-C)复合材料的基体是由SiC与热解碳(PyC)组成的多层结构,PyC基体层分布均匀而连续,且与SiC基体层结合紧密.纤维束内部PyC基体层较厚的2D Cf/(SiC-C)复合材料具有较高的强韧性,其拉伸强度、断裂应变、断裂韧性和断裂功分别比2D Cf/SiC复合材料的提高了3%、142%、22%和58%.SiC与PyC组成的多层基体使2D Cf/(SiC-C)复合材料的纤维在拔出过程中发生了两次集中拔出,且第一次集中拔出的纤维对复合材料的强韧性起主要作用.     

PyC层对SiC纤维束及MiniSiC/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响

采用等温等压化学气相浸渗法(ICVI),对原始的SiC纤维束和沉积有PyC层的SiC纤维束浸渗SiC基体,制备了纤维束复合材料SiC/SiC(Mini SiC/SiC)。分析了SiC纤维束和Mini SiC/SiC复合材料的拉伸性能,同时利用两参数Weibull分布研究了强度分布。结果表明,PyC层具有修复纤维表面缺陷的作用,SiC纤维束沉积PyC层后,纤维表面光滑而致密,表面缺陷减少,其拉伸强度、延伸率和Weibull模数分别比原始SiC纤维束提高了25%、12%和288%;且由其增强复合材料的拉伸强度、延伸率和Weibull模数分别比由原始SiC纤维束增强复合材料提高了103%、83%和340%。PyC界面层对SiC纤维表面缺陷的修复作用和对SiC纤维的保护作用以及降低复合材料裂纹敏感性的作用提高了Mini SiC/SiC复合材料的拉伸性能和Weibull模数。     

高温合金GH163在850℃至室温的气氛热震行为

研究了高温合金GH163在850℃至室温不同气氛环境下的热震行为.比较了热震前后合金的力学性能、断口形貌及显微组织.结果表明:高温合金在氩气(Ar/1.00×105Pa)气氛中热震后,其弹性模量、拉伸强度与断面收缩率分别降低了2%、10%和2%,拉伸断裂方式是韧性断裂;在氧气与氩气混合气氛(O2/0.16 Ar/0.84)×105Pa中热震后,其弹性模量、拉伸强度与断面收缩率分别降低了3%、17%和 25%,拉伸断裂方式是脆性断裂.晶粒粗化和沿晶氧化导致高温合金在氧气与氩气混合气氛中的抗热震性能低于在氩气中的抗热震性能.     

化学气相浸渗2D Cf/(SiC-C)复合材料的微观结构与强韧性

采用等温等压化学气相浸渗法(ICVI)制备了二维碳纤维增韧碳化硅碳二元基复合材料(2D C_f/(SiC-C)).利用扫描电镜(SEM)和背散射电子成像(BSE)研究了其基体的微观结构, 并与二维碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(2D C_f/SiC)比较了室温力学性能和断口形貌.结果表明：2D C_f/(SiC-C)复合材料的基体是由SiC与热解碳(PyC)组成的多层结构, PyC基体层分布均匀而连续, 且与SiC基体层结合紧密.纤维束内部PyC基体层较厚的2D C_f/(SiC-C)复合材料具有较高的强韧性, 其拉伸强度、断裂应变、断裂韧性和断裂功分别比2D C_f/SiC复合材料的提高了3%、142%、22%和58%.SiC与PyC组成的多层基体使2D C_f/(SiC-C)复合材料的纤维在拔出过程中发生了两次集中拔出, 且第一次集中拔出的纤维对复合材料的强韧性起主要作用.     

放电等离子烧结技术制备透明氧化铝陶瓷

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了透明氧化铝陶瓷,研究了样品在模具内部的位置对其光学性能的影响,结果表明,在模具中心处样品的直线透过率最高(波长为640nm时为51%,波长为2000nm时为84%),这主要是由于模具内部温度分布不均引起样品晶粒尺寸不同所致.     

纤维丝束大小对Mini-C/SiC拉伸性能与强度分布的影响

为了探究碳纤维丝束大小对纤维束复合材料碳/碳化硅(Mini-C/SiC)拉伸性能和强度分布的影响,采用化学气相浸渗(CVI)法制备了1k Mini-C/SiC和3k Mini-C/SiC复合材料.测试了C纤维束以及Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能,并采用两参数Weibull分布模型分析了强度分布,同时还观察了拉伸断口形貌.结果表明:3k C纤维束表现出了明显的"聚拢效应",其拉伸性能和强度稳定性均优于1k C纤维束,而且其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k C纤维束的高47％、13％、46％、54％和102％.同时,1k C纤维束发生韧性断裂,3k C纤维束发生脆性断裂.3k Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能和强度稳定性均优于1k Mini-C/SiC复合材料,其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k Mini-C/SiC复合材料提高了67％、69％、63％、92％和216％,而且两者的拉伸断裂方式均为典型的脆性断裂.纤维体积分数高是大纤维丝束复合材料3k Mini-C/SiC拉伸性能和强度稳定性优于小纤维丝束复合材料1k Mini-C/SiC的主要原因.