轻质层状硼化物复合陶瓷结构设计及双尺度理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51372046
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0204.结构陶瓷
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Urgent demand has been raised to new armor protection materials with the development in weapon, space technology and shipbuilding industry. Boride ceramics are considered as the best choice of armor materials for their lightweight, high strength and resistance to high temperature. In order to solve the brittleness problem of Boride ceramic materials and realize utility, it is suggested in the present proposal that new lightweight laminated composite ceramics be constructed by using boride materials with different physical and chemical properties as soft and hard layers, and that the microscopic structure of composite ceramics be modulated and designed by layer thickness ratio, chemical constituents,laminated patterns of the soft and hard layers, and also by lattice injection and other means as well. With the hot pressing and pressureless sintering technologies, boride composite ceramic materials with different structures will be prepared, and their mechanical properties will be further testified systematically. Physics models and computational methods will be established and then theoretical calculations will be applied to study the interface binding energies, electronic structures, and thermal expansion coefficient of laminated composite materials,based on which the interface behavior of laminated composite materials will be elaborated. After the origin of brittleness of composite materials is elucidated according to the change in fracture energy and bonding structure along specific directions of the materials, a strengthening protocol will be proposed. By combining theoretical calculations and experimental characterization, the inherent relationship between the microscopic structure and macroscopic mechanical properties of boride laminated ceramic materials will be elaborated, which provides an important foundation for the performance optimization of composite materials and the development of new armor materials.
兵器、航空及船舶工业的发展对新型装甲防护材料提出了迫切的需求。硼化物陶瓷以其轻质、高强和耐高温等特性,成为最佳的装甲候选材料。为解决硼化物陶瓷的脆性问题并使之实用化,本项目拟用一些具有不同物理化学特性的硼化物分别作为软、硬质层构筑轻质层状复合陶瓷,通过改变软硬质层的层厚比、化学组成和叠层方式,以及采用点阵注入等方法调控和设计复合陶瓷的微观结构;采用热压和无压烧结工艺制备出结构不同的硼化物复合陶瓷材料,并对其力学性能展开系统的测试;建立相关的物理模型和计算方法,并通过理论计算研究研究层状复合材料的界面结合能、电子结构及热膨胀系数,阐明复合材料的界面行为;研究层状陶瓷复合材料在特定方向上的断裂功及成键结构的变化,揭示复合材料脆性的本源,并提出韧化方案;理论计算和实验表征相结合,揭示硼化物层状陶瓷复合材料的微观结构和宏观力学性能的内在联系,为复合材料的性能优化及新型装甲材料的研发奠定重要的基础。

结项摘要

硼化物陶瓷以其轻质、高强和耐高温等特性,成为最佳的装甲候选材料。为解决硼化物陶瓷的脆性问题并使之实用化,本项目拟用B4C为主要层,BN和SiC分别作为软、硬质层构筑轻质层状复合陶瓷,通过改变软硬质层的层厚比、化学组成和叠层方式,以及采用点阵注入等方法调控和设计复合陶瓷的微观结构。课题采用热压烧结工艺制备出结构不同的硼化物复合陶瓷材料,并对其力学性能展开系统的测试,发现层状硼化物陶瓷的抗弯强度随着软质层、硬质层的加入有所降低,其中B4C/BN的抗弯强度为345 Mpa,B4C/ SiC的抗弯强度为321 Mpa;但层状硼化物陶瓷的断裂韧性提升很多,层状B4C/BN的断裂韧性高达9.32 Mpa·m1/2,是传统碳化硼的2到3倍,对缺陷更不敏感;而层状B4C/SiC的断裂韧性为8.47 Mpa·m1/2,但其综合硬度更高,抗侵彻能力更强。.通过实验观察测试和有限元模拟分析发现,异质层的存在使得裂纹横向扩展将会削弱前一B4C层的裂纹情况,进而提高了材料的损伤容限能力。裂纹的多次偏转,横裂纹对纵裂纹的多次阻滞,使得材料在开裂以后仍具有一定的承载力,同时起到了增韧的作用。通过Materials studio建立了硼化物陶瓷的晶体模型,并用第一性原理对其电子结构进行了计算,研究层状陶瓷复合材料在特定方向上的断裂功及成键结构的变化,计算了不同硼化物陶瓷的理论硬度。发现层状硼化物陶瓷的硬度主要由B4C层提供,并且最弱的B-B键先断裂后,B4C晶体并没有完全失效,其它的B-B键也起到了决定性作用,这是其晶体结构决定的。 .课题组还成功开发出具有良好流变性能的高固含量陶瓷流延浆料,流延膜的固含量达到76wt%以上,制备出来的流延膜最小厚度在50μm以下,达到国际先进水平。并且发明了陶瓷非水基流延水浴成膜方法,属于国内外首创,为流延膜的大规模生产提供了另一个解决方案。项目资助了19篇学术论文和一篇专利,培养了4名博士研究生和6名硕士研究生。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Structural, electronic and mechanical properties of (NbxTi1-x)(2)SC and (NbxZr1-x)(2)SC (0
(NbxTi1-x)(2)SC 和 (NbxZr1-x)(2)SC 的结构、电子和机械性能 (0
  • DOI:
    10.1016/j.comptc.2016.05.013
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Computational and Theoretical Chemistry
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Liu Guoquan;Li Qiuwu;Qiu Nianxiang;He Jian;Huang Qing;Luo Kan;Lin Fu;Lin Cheng-Te;Du Shiyu
  • 通讯作者:
    Du Shiyu
The thermal and electrical properties of the promising semiconductor MXene Hf2CO2.
有前景的半导体 MXene Hf2CO2 的热性能和电性能
  • DOI:
    10.1038/srep27971
  • 发表时间:
    2016-06-15
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zha XH;Huang Q;He J;He H;Zhai J;Francisco JS;Du S
  • 通讯作者:
    Du S
Current rectification induced by V-doped and Sc-doped in Ti2CO2 devices
Ti2CO2 器件中 V 掺杂和 Sc 掺杂引起的电流整流
  • DOI:
    10.1016/j.commatsci.2017.06.017
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhou Yuhong;Zhai Guangmei;Yan Tao;Huang Qing;Guo Zhansheng;Lin Cheng-Te;Du Shiyu
  • 通讯作者:
    Du Shiyu
Ab lnitio Studies on the Clathrate Hydrates of Some Nitrogen-and Sulfur-Containing Gases
某些含氮、含硫气体的笼形水合物的从头计算研究
  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.6b11850
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Sun Ningru;Li Zewen;Qiu Nianxiang;Yu Xiaohui;Zhang Xuran;Li Yanjun;Yang Longbin;Luo Kan;Huang Qing;Du Shiyu
  • 通讯作者:
    Du Shiyu
Intrinsic Structural, Electrical, Thermal, and Mechanical Properties of the Promising Conductor Mo2C MXene
有前景的导体 Mo2C MXene 的固有结构、电学、热学和机械性能
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.6b04192
  • 发表时间:
    2016-07-21
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zha, Xian-Hu;Yin, Jingshuo;Du, Shiyu
  • 通讯作者:
    Du, Shiyu

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂的摩擦学性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国表面工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王利民;许一;高飞;于鹤龙;张博;徐滨士;乔英杰
  • 通讯作者:
    乔英杰
稀土修饰电极Pt-TiO2/Eu3+/C对CO
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报,37(5):658-660,2004
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邬冰;乔英杰;高颖;万丽娟;刘
  • 通讯作者:
沉淀硬化不锈钢表面低温等离子渗碳层组织结构和性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘瑞良;王帅;闫牧夫;乔英杰
  • 通讯作者:
    乔英杰
传感器加热单元热力耦合分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘英伟;乔英杰
  • 通讯作者:
    乔英杰
基于-Al_2O_3膜微加工煤油传感器研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    传感器与微系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张洪泉;乔英杰;范茂军
  • 通讯作者:
    范茂军

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

乔英杰的其他基金

MoSi2金属间化合物的强韧化实现机制及宏微观双尺度理论研究
  • 批准号:
    50572017
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码