金属和合金
陶瓷和碳/碳复合材料
研发/质量控制
推进系统和推进剂
航空航天和国防部门的进步依赖于金属、合金和先进材料的尖端研究。
从航空航天部件到关键环境下的高性能结构，成功取决于精密工程和严格的质量标准。我们的技术通过颗粒表征、元素分析、热处理、机械测试和样品制备为这些行业提供支持，推动航空航天和国防应用材料科学的创新和可靠性。
我们的专家和专业团队将帮助您找到完美的解决方案！
现代火箭发动机现在通常使用先进的 3D 打印技术制造，从而实现最佳的结构稳定性、减轻重量，并且
集成冷却通道，这在以前是无法通过传统方法生产的。增材制造技术的突破彻底改变了导弹部件和飞机发动机元件等复杂部件的生产方式，这些部件的性能和可靠性至关重要。
在这些应用中，金属粉末（尤其是钛和钢）起着至关重要的作用。对于 3D 打印或热喷涂等工艺，粉末必须表现出严格控制的粒度分布，以确保一致、可靠的加工。一般来说，优选尺寸范围较窄的球形颗粒，因为它们更容易流动并且可以更均匀地沉积。然而，如果尺寸范围太窄，填充密度会降低，可能导致最终组件中出现空隙和不均匀性。
麦奇克 (Microtrac) 提供全面的粒度和形状分析技术，包括干湿分散方法。他们的系统旨在满足航空航天和国防制造的严格要求。在本应用说明中，Microtrac 演示了如何通过 CAMSIZER X2 中的动态图像分析 (DIA) 深入了解粉末质量。与传统筛分不同，DIA 甚至可以检测到 0.005% 的超大颗粒，确保在生产中仅使用符合最高标准的粉末。
基于激光衍射的粒度和形貌对金属粉末和粉末冶金工艺进行质量控制
金属粉末的高级颗粒表征 - 特别是对于增材制造和粉末冶金 - 强调了对球形、宽尺寸分布粉末的需求，以确保最佳的流动性、填充密度和最终零件的完整性。
SYNC 仪器独特地将激光衍射与动态图像分析相结合，可在一次自动运行中检测尺寸和形状 - 包括团聚体、卫星和超大颗粒。
金属粉末的表面积分析在国防和安全应用中至关重要，因为材料在极端条件下的性能至关重要。比表面积影响反应性、烧结行为和机械强度等特性，这些特性对于装甲、推进系统和增材制造部件等组件至关重要。
Microtrac 的 BELSORP 系列，包括 BELSORP MAX X、MAX G 和 MINI X，提供精确的表面积和孔径分布测量的先进功能。这些仪器采用气体吸附技术，符合 ASTM B922 和 ISO 9277 等标准，确保结果可靠且可重复。
查看符合 Microtrac 产品标准的列表：
BELSORP MAX X 能够同时分析多达四个样品，涵盖各种压力和温度。它支持各种吸附物，从而能够对材料进行全面的表征。BELSORP MAX G 具有超低压测量能力，非常适合评估微孔、中孔和大孔材料。
在国防和安全应用中，金属粉末合金的精确密度测量至关重要，因为材料性能和结构完整性至关重要。Microtrac BELPYCNO 系列采用气体置换法（通常使用氦气）精确测定真实密度和骨架密度。
这些仪器对于评估增材制造、烧结和弹道部件中使用的金属粉末至关重要。了解真实密度有助于检测孔隙率、评估粉末质量并确保装甲板、导弹部件和航空航天结构等部件的一致性。
Microtrac 的气体比重瓶符合国际标准，包括用于金属粉末骨架密度的 ASTM B923 和用于气体比重瓶的 ISO 12154。这些标准确保测量符合国防材料规范的严格要求。
或者这个与通过气体置换法测量3D打印机增材成型材料的密度有关：
国防装备依赖高品质金属材料——从钢制装甲板和枪管到钛合金机身和发动机部件。这些金属的力学性能（强度、硬度、韧性）直接受碳、硫等元素含量影响。例如碳硫元素会显著改变钢材与钛合金的硬度和可加工性。
ELEMENTRAC CS-i 分析仪采用强大的感应炉（氧气环境 >2000 °C）和红外检测技术，可准确量化金属样品中的碳和硫。
针对不同合金进行精确的氧和氢测试。尤其在航空关键部件中，钛合金中氧含量检测是最常规的分析项目之一。
同样，金属中的氧、氮和氢含量也至关重要——过量的氧或氮会使钛和钢变脆，而氢会导致高强度合金出现危险的开裂（氢脆）。
Eltra惰性气体熔融分析仪（如ONH系列）可检测ppm级别的这些轻元素。ELEMENTRAC ONH-p2通过高达3000℃的脉冲炉，能测定金属乃至陶瓷中的氧、氮、氢含量。例如，该技术已应用于航空级钛材认证，或用于一批用于潜艇船体的特种钢，确保其不含有会存在损害潜艇船体的完整性的过量氢分析。
金属粉末的材相分析对于国防和安全领域至关重要，可确保通过粉末冶金和增材制造生产的部件的可靠性和性能。QATM 为金相制备和分析提供了全面的解决方案，有助于对军事应用至关重要的微观结构进行详细检查。
ASTM：金相和材相样品制备、光学显微镜、图像分析和硬度测试是该领域最早的参考文献之一。
制备过程从精确切割开始，通常使用配备薄 CBN 刀片的精密切割机来进行取样。
QATM 丰富的应用说明和制备方法数据库提供了针对特定材料和工艺的详细协议，支持国防相关部件的开发和质量保证。
Subsequent hot mounting, utilizing presses like the Qpress series, encapsulates the specimen, providing ease of handling and protecting delicate features during grinding and polishing. This step is crucial for maintaining the integrity of the sample's microstructure.
Grinding and polishing are performed using semi-automatic machines ensure consistent surface finishes necessary for accurate microscopic analysis. These machines accommodate various materials, including steels and nickel superalloys, commonly used in defense components.
The final analysis may involve hardness testing and microscopic examination to assess properties like grain size and phase distribution, vital for predicting material behavior under operational stresses.
军工规格的金属热处理通常包括（硬化、回火、退火）以达到所需的机械性能。Carbolite 炉可按照 AMS2750（NADCAP）等航空航天热处理标准进行配备，并用于国防生产线和研发实验室。
例如，由镍基高温合金制成的喷气发动机涡轮叶片必须在可控气氛中经过精确的高温循环才能形成适当的晶体结构。Carbolite 的箱式炉和真空炉提供这些工艺所需的均匀高温和精确控制，同时保证符合标准和校准可追溯性。
利用高能球磨仪，研究人员可以进行机械合金化，即将不同金属的粉末一起研磨，以产生新型合金或纳米结构材料。
国防研究人员正在探索新的轻质合金或亚稳态相（用于装甲或反应材料），高能球磨仪可以制备小批量的无法通过熔融法制造的材料。
在我们的应用说明中：Retsch 可提供航空航天工业样品制备的深入探索解决方案。
以开发一种注入陶瓷纳米颗粒的新型铝合金为例，用于改进装甲材料。在对粉末进行强力研磨后将陶瓷嵌入金属基体中。该方法对于制造用于国防应用的超级合金和复合粉末（如潜艇的储氢合金或传感器的新型磁性材料）非常重要。
高性能陶瓷（例如用于装甲板的碳化硼或用于发动机部件的氧化物陶瓷）和碳/碳复合材料在制造过程中依赖于细粉末或前体。碳-碳复合材料是由嵌入碳基质的碳纤维组成的先进材料，以其卓越的强度、热稳定性和耐极端环境性而闻名。
Inconel 718 是一种高性能镍铬合金，由于其卓越的机械性能和耐极端环境的能力，已成为航空航天和国防工业的关键材料。这种合金以其在高达 1300°F 的温度下出色的蠕变断裂强度而闻名，使其成为喷气发动机、火箭发动机和燃气轮机等高应力应用的理想选择。
在航空航天领域，Inconel 718 广泛用于制造高速机身部件，包括轮子、铲斗、垫片以及高温螺栓和紧固件。其在高温下保持结构完整性和抗氧化和腐蚀的能力确保了航空航天部件的可靠性和使用寿命。
Verder集团可以在Inconel 718的生产和控制方面提供不同的解决方案：
硬度是军用材料的基本特性，因为它与强度、耐磨性直接相关，对于装甲而言，硬度是防弹性能的关键指标。材料硬度对于军用武器的性能、耐用性和可靠性至关重要。
QATM 提供全面的硬度测试解决方案，涵盖所有标准方法 - 维氏、布氏、洛氏和努氏 - 从薄涂层和精细微观结构的显微硬度测试到大块金属的宏观硬度测试。在国防质量保证实验室中，可能会定期使用 QATM 硬度计对每批装甲板钢进行洛氏硬度检查，确保其经过适当的淬火和回火。
这些测试对于验证材料是否符合严格的军事规范至关重要，这些规范通常参考洛氏硬度测试的 ASTM E18 或维氏硬度测试的 ASTM E384 等标准。QATM 的高精度仪器通常包括自动样品台和先进的成像功能，能够对样品的多个点进行高效、准确的测试。
弹道冲击试验也使用 Q10A+ 显微硬度计进行。
Carbolite 的先进炉子（包括管式炉和石墨元件炉）在制造和测试尖端材料（如技术陶瓷和碳-碳 (C/C) 复合材料）方面发挥着至关重要的作用，这些材料广泛应用于国防部门。C/C复合材料的生产涉及在惰性气氛中逐渐加热聚合物浸渍的碳纤维组件以使树脂碳化（该过程称为热解） - 通常在更高温度下进行石墨化以增强材料性能。Carbolite 提供专为碳纤维和碳复合材料研发而设计的专用炉，包括脱脂炉（操作温度约为 800°C，以去除粘合剂）和用于碳化和石墨化的高温炉，温度可达约 2500–3000°C。
这些系统可以制造 C/C 组件，例如火箭发动机喷管衬套、导弹头部整流罩和飞机刹车盘，所有这些组件都必须承受极端的高温和压力。例如，在弗吉尼亚大学，高温 Carbolite 炉（型号 LHTG 200-300）用于从陶瓷前驱体聚合物材料制造陶瓷，促进聚合物在高达 3000°C 的温度下在惰性气氛下转化为陶瓷组件。
这些能力与国防研究直接相关，支持开发碳化硅陶瓷基质或其他超高温复合材料，用于高超音速飞行器表面等应用。
样品制备过程对于确保良好可靠的结果非常重要。使用正确的铣削系统对于获得正确的结果至关重要，我们可以将需要分为：
碳测定和热重分析对于碳-碳复合材料和碳纤维增强聚合物（CFRP）非常重要，因为它有助于确定炭产量和残留树脂含量 - 质量控制和性能评估的关键参数。
测量铝或陶瓷粉末中的总氧含量可以间接指示发生了多少表面氧化：在氧主要存在于表面膜中的粉末中，较高的氧含量通常对应于较厚的氧化层，这反过来又决定了反应性、烧结和最终性能。因此，常规氧气分析（辅以表面特定技术）是航空航天和国防粉末加工质量控制的标准做法。
这两种分析都是材料科学中的标准实践，用于确保先进材料所需的特性和性能，特别是在航空航天和国防应用中。
ELTRA 的多功能性可用于测试粉末、纤维和成品零件。ELTRA 分析仪（例如 ELEMENTRAC ONH 和 CS 系列）使用电阻炉或感应炉，可达到极高的温度（高达 3000°C），确保即使是 C/C 复合材料或陶瓷等高度稳定的材料也能完全分解。这使得能够准确测定碳、氧和其他轻元素。此外，由于采用了自动清洁系统和易于清洗的燃烧室，ELTRA 硬件的设计可最大限度地减少分析之间的交叉污染。
陶瓷粉末或碳复合材料的粒度和形状有助于预测烧结行为和最终微观结构。
对先进陶瓷和碳碳复合材料等材料进行粒度分析面临着特殊的挑战，这主要是因为它们具有独特的物理和结构特性。陶瓷和碳基复合材料由于范德华力或表面电荷而容易聚集。
如果没有适当的分散，就很难获得准确且具有代表性的粒度分布。使用动态图像分析/激光衍射仪器（如 Microtrac CAMSIZER X2 和 Microtrac SYNC），可以区分初级颗粒和团聚体。
这些材料通常具有非球形的颗粒形状，这会影响假设球形模型的仪器的结果。使用提供尺寸和形状数据的分析仪，例如基于图像分析的分析仪。
对于 C/C 复合材料（碳纤维增强碳，由于其耐高温性能而用于导弹头部整流罩、火箭发动机喷管衬套、飞机刹车盘），孔隙率是一个关键参数。这些复合材料是通过用树脂或沥青渗透碳纤维预制件并进行碳化而制成的，通常重复进行以使其致密化。最终的材料通常仍含有一些残留孔隙。这些孔隙的大小（碳基质内的微孔与较大空隙）会影响复合材料的机械强度和抗烧蚀性。
可以通过微孔和中孔的气体吸附以及较大孔的汞侵入来表征 C/C 复合材料中的孔径分布。
例如，活性炭用于防毒面具过滤器和集体保护系统中以吸附化学战剂。这些碳的功效与其表面积和孔结构直接相关。高表面积（1000+ m²/g）和适当的孔径（微孔和中孔）使它们能够有效捕获有毒分子。
BELSORP 通常用于表征此类材料：它们测量 77 K 下的氮吸附等温线以计算 BET 表面积，并应用 DFT 方法确定孔径分布。一个例子是关于用于吸收芥子气模拟物（2-CEES）的活性碳纤维的研究。
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在太空和国防领域，保持最高的质量和性能标准至关重要。研发 (R&D) 团队以及质量控制 (QC) 部门依靠先进的分析技术来确保材料和组件符合严格的规格。Verder 集团提供支持这些关键流程的全套仪器，包括元素分析、热处理、颗粒表征、材相学和硬度测试以及研磨和筛分工具。
Dumas 方法涉及在富氧环境中对样品进行高温燃烧，将元素转化为气态（例如，C 转化为 CO2，N 转化为 N2）。然后，这些气体通过过滤器和热导检测器 (TCD) 来检测氮气，并通过红外检检测器来检测二氧化碳。这样可以在几分钟内提供总氮和碳含量。
该测定在推进剂中至关重要，可以确定硝化纤维素等高能材料的组成，其中氮含量直接影响能量潜力和稳定性。碳和氮的研究可以用于验证火药和推进剂里面的碳/氮比值是否与预期相同，从而确保火药和推进剂的批次一致性，C/N 含量还能用于支持法医/军事鉴定和材料老化分析。
在国防部门，使用装甲级钢、航空轻合金和火炮材料等高性能合金，金相学在新材料的开发和制造部件的质量控制中都发挥着至关重要的作用。
目的是识别直接影响部件机械性能和服役行为的微观结构特征。
金相过程包括从感兴趣的材料中取样，将其镶嵌在树脂中以便于处理，然后将其精心抛光至镜面效果。然后用合适的试剂（酸或特定溶液）对抛光表面进行化学腐蚀，以显示晶界和相区别。
随后，使用反射光在光学金相显微镜下以各种放大倍数（通常为 50 倍、100 倍、500 倍或 1000 倍）检查制备好的样品。
微观结构评估可以是定性的（例如，“具有分散碳化物的回火马氏体结构”）或定量的，使用图像分析软件。定量评估可能包括：
国防部门使用的许多材料都是粉末或多孔固体的形式（例如，颗粒状炸药、复合固体推进剂、火箭催化剂和防毒面具吸附剂）。
这些材料的一个关键特性是它们的比表面积。此特性通常使用低温气体吸附技术以 m2/g 为单位进行测量，通常采用 BET（Brunauer-Emmett-Teller）方法。根据得到的吸附等温线，BET 模型计算出需要计算观察到的吸附气体量的总表面积。
炸药粉末的比表面积对其行为有直接影响。一般来说，表面积越大（颗粒越细或多孔）反应性就越高。例如，在固体推进剂中，燃烧率与暴露于燃烧的推进剂药柱的可用表面积密切相关。因此，在弹道设计中，必须仔细优化粒度分布和表面积，以确保稳定和安全的燃烧。
在质量控制方面，测量一批火药或炸药的比表面积可以验证性能是否在所需范围内。
还可以监测此类材料的长期稳定性：粉末在储存过程中可能会聚集或形成更大的晶体（减少表面积），或者相反，分解（增加表面积）。因此，气体吸附对于检测这种随时间的变化非常有价值。
除了计算平均比表面积（通常来自 BET 等温线的线性区域）之外，气体吸附技术还可以提供对材料孔隙率的了解。使用 BJH（Barrett–Joyner–Halenda）等方法，可以确定内部孔径的分布。
例如，在国防研发环境中，人们可能会开发一种具有受控晶体微观结构的新型炸药，其中含有纳米级孔隙。目标可能是降低对机械冲击的敏感性，同时保持足够的表面积以确保较高的爆炸速度。BET 分析对于验证结晶过程如何影响最终产品至关重要
除了制造之外，热处理设备还用于测试材料在热下的行为。Carbolite 的灰化炉（例如，用于在约 600-800°C 的温度下烧掉有机物）可以通过焚烧样品和测量残留物来确定复合材料的灰分含量或推进剂的纯度。
例如，装甲制造商可能会将陶瓷复合板样品灰化，以验证纤维与基质的比例（烧掉聚合物并称量陶瓷灰分）。高温炉还可以模拟使用条件：实验室可以加热装甲钢或防护涂层样品，以观察其在升高的战场温度下如何氧化或降解。
带有可控气氛的 Carbolite 管式炉可用于对海军发动机部件的涂层进行抗氧化测试，或作为高温老化测试设备，使电子元件长时间暴露在高温下。
颗粒特性直接影响材料行为，例如燃烧速率、流动性和填充密度。常见应用程序包括：
推进剂（如硝胺枪推进剂或火箭燃料）和高爆炸药的燃烧速率和稳定性对粒度高度敏感。事实上，美国军方规范要求对某些推进剂进行 Microtrac 分析，以验证材料是否在要求的范围内。
粒度分布应如下所示：
| Distribution (percentile-weight %) | Microns | ||||
| 10% | 1.4+/-0.1 | ||||
| 50% | 4.2+/-0.3 | ||||
| 90% | 10.5+/-0.5 | ||||
| Mean | 5.2+/-0.5 | ||||
在推进剂（例如复合固体火箭推进剂或枪炮推进剂）中，必须仔细优化氧化剂（例如高氯酸铵）和金属燃料（例如铝粉）等成分的粒度。细颗粒有助于提高燃烧速度，而粗颗粒则会减慢燃烧速度；双峰分布通常用于填充密度和调整燃烧曲线。研究表明，增加氧化剂或燃料的颗粒尺寸（从而降低表面积）会降低推进剂的燃烧率，因为可用于燃烧反应的表面积减少。
Microtrac 激光衍射和图像分析系统可快速、精确地测量颗粒状炸药和氧化剂粉末，以确保它们符合设计规格。
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尽管麦奇克的激光和光学分析仪提供了先进的粒度测量技术，但筛分分析仍然是一种简单且符合标准的粒度分布测量方法，尤其适用于质量控制。 生产火箭推进剂铝粉的工厂将对粉末进行筛选，以确保例如 90％的粉末通过 150 µm孔径 并保留在 50 µm孔径以上（确保适当燃烧特性的规格）。
Retsch 振动筛分仪可以可重复的方式完成此测量。筛分分析还可用于评估军事防御工事的沙子和土壤颗粒大小，或测试沙漠环境中的灰尘是否在可能影响车辆过滤器的特定尺寸范围内。
Retsch 提供不同的解决方案来保证最佳性能。阅读应用报告：
| HMX Type | Size Range (µm) | Key Use | ||||
| Type A | 45–150 | Castable explosives | ||||
| Type B | 10-44 | Pressed compositions | ||||
| Ultrafine | <10 | Propellants, boosters | ||||
高熔点炸药 (HMX) 需要严格的粒度和形态控制，以优化燃烧速率、填充密度和多晶型稳定性。超声波辅助转化和 CO2 超临界沉淀等结晶方法可以产生从小于 5 µm 到大于 300 µm 的 HMX 颗粒。典型标准（例如 MIL-DTL-45444A）要求粒度分布窄且团聚程度最小。
Microtrac SYNC 将激光衍射和动态图像分析结合在一个系统中，可以唯一地识别细粉、超大颗粒、卫星和形状异常——所有这些对于 HMX 质量和安全都至关重要。
对于烟火和推进剂，了解 BET 表面积有助于预测材料点燃的速度或需要多少粘合剂来涂覆颗粒。在一项与国防相关的研究中，合成了超细 RDX（环三亚甲基三硝胺）炸药，并通过 BET 表面积和其他技术对其进行了表征，证实了与标准级材料相比，超细颗粒具有更大的表面积和不同的灵敏度。
例如，BELSORP-Max 可以在一系列压力下同时测量多个样品，不仅可以通过多点 BET 确定表面积，还可以通过 BJH 方法确定中孔体积，这可用于量化推进剂配方中使用的推进剂粉末或催化剂颗粒中的孔体积。
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TGA 是国防材料研究中一项有价值的技术。利用这种技术可以确定高能化合物的热稳定性（确保炸药或推进剂不会在低于其预期工作温度时分解或损失质量），测量复合材料中粘合剂或挥发物的含量，或量化粉末中的水分含量（对于必须保持干燥以保持稳定的粉末至关重要）。
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我们获得的第一批月球土壤颗粒有多细？McKay 和他的同事使用 Microtrac 激光衍射分析仪对阿波罗 11 飞船采集回来的第10084号样本进行激光衍射法分析，从而能捕捉到了被传统筛分法所完全遗漏的亚微米颗粒。
Cooper 等人将 Microtrac 激光衍射仪用于阿波罗 11 号土壤的测量分析上，以分析细度足以能进入宇航员肺泡的颗粒物含量。
泰勒的团队怀疑数十年的地球湿度可能会将阿波罗 17 号“橙色”土壤 74220 磨成越来越小的颗粒，因此在反复的干湿循环之后，他们使用激光衍射法 (Microtrac) 对其进行了重新测量。
Robens 和合著者将吸附实验与 Microtrac Bluewave 激光衍射仪的粒度谱图相结合，将纳米级粗糙度与阿波罗 11、12 和 16 号土壤中的水和碳氢化合物吸收联系了起来。
