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2019年  第1卷  第2期

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综述
面向极端精度的制造技术
Zhiyu Zhang, Jiwang Yan, Tsunemoto Kuriyagawa
2019, 1(2). doi: 10.1088/2631-7990/ab1ff1
摘要:

精度是制造业最重要的指标之一。高精度为工业产品创造高质量、高性能、互换性、可靠性和附加值。在过去的几十年中,高精度制造技术取得了巨大的飞跃,产品的形状精度达到纳米级,表面粗糙度达到原子级。这些极端精度的制造技术使高性能光学元件、半导体基板、生物医学部件等的飞速发展成为可能,从而增强了人类探索自然界宏观/微观奥秘和潜力的能力。本文综述了超精密切削、超精密磨削、确定性抛光和超光滑抛光等目前最先进的极端精度制造技术,对其原理、方法和应用进行了比较研究,并讨论了极端精度制造中的关键问题。本文可为今后的该领域的研发工作提供重要参考。

超大尺度整体构件精密成形技术的发展与展望
苑世剑, 凡晓波
2019, 1(2). doi: 10.1088/2631-7990/ab22a9
摘要:

为了满足新一代航天、航空、高铁和能源装备对高可靠性、长寿命和轻量化要求的大幅提升,迫切需求采用整体构件代替传统多块焊接结构。整体构件的应用带来大尺度、复杂形状和材料难变形等极端制造难题,对精密成形技术是巨大的挑战。本文综述了几种超大尺度极端成形技术的发展过程和未来展望,包括超大曲面薄壁板类构件液压成形、椭球壳体无模液压成形、超大环件径-轴复合轧制和钛合金复杂构件局部加载成形。分别介绍这四种技术的成形原理、关键工艺和变形控制机理,并给出了典型超大尺度整体构件的成形工艺和工业应用,如在国际上首次采用与构件等厚的薄板直接成形的3米级运载火箭整体箱底构件,以及由简单坯料轧制的直径16米整体环形件。讨论整体构件极端成形的发展趋势,给出未来发展极大尺度整体构件精密成形新技术的思路和发展方向。

高应变率载荷下的材料脆化
杨秀轩, 张璧
2019, 1(2). doi: 10.1088/2631-7990/ab263f
摘要:

在高速加工、低温、热处理等过程中均会出现材料脆化现象,其中高速加工中的材料脆化与应变率密切相关。除高速加工外,在弹道侵彻、爆破及隧道挖掘等高应变率状况下,同样会出现应变率导致材料脆化现象。目前针对高应变率条件下的材料响应问题,众多学者进行了大量的研究,但对于高应变率下材料的脆化机理尚不明确。本文针对高应变率下的材料脆化问题进行讨论,介绍了应变率对材料力学性能的影响,指出应变率导致材料强度提高,韧性降低是导致材料脆化的重要原因,并首次提出了高应变率下材料脆化的敏感性系数 ks,通过该系数可以判断应变率导致材料脆化的难易程度。此外,高应变率条件下应力波的传播与反射会导致材料内部产生拉应力,同样是影响材料脆化及碎化的重要影响因素。最后,本文分析了材料脆化及裂纹扩展的临界条件,并从位错角度解释了裂纹的形核与扩展机理。本文为预测在加工、隧道挖掘以及装甲防护等高应变率条件下的材料脆化及碎化提供理论指导。

高效涂布卤化物钙钛矿薄膜在大面积低成本太阳能电池中的应用
Xuezeng Dai, Yehao Deng, Charles H Van Brackle, Jinsong Huang
2019, 1(2). doi: 10.1088/2631-7990/ab263e
摘要:

钙钛矿太阳能电池的研究在近几年发展迅猛,其光电转化效率已超过24%, 成为新型薄膜太阳能电池之首。钙钛矿材料除了具有优异的光电性能外,另一特点是可用溶液法制备高质量薄膜, 这为其大面积低成本生产奠定了基础。在众多溶液制膜方法中,刮涂法与狭缝涂布法是两种简单的,适于大面积、高效率制备薄膜的方法。本文综述了这两种方法在钙钛矿薄膜中的应用,阐明了涂布机理以及薄膜的结晶过程,并且总结了其在钙钛矿电池与模组中的研究进展。