本课程将重点介绍控制工程材料微观结构的基本和高级概念,并将这些概念与工程材料的最终物理特性联系起来。本课程分为三个模块:1) 金属,2) 陶瓷和玻璃,3) 聚合物和复合材料。每个模块首先回顾描述原子键合和微观结构的概念,并将微观结构与特定类别材料的物理特性联系起来。然后,学生将学习影响材料性能的制造技术,包括材料成型、后处理热处理和表面处理。每个模块都以选定的案例研究和/或详细的材料相关问题的分析结束
1 简介:长期太空居住将需要在先进制造、热控制和生命支持过程方面进行变革性改进[1][2][3]。先进制造工艺包括金属和金属合金的增材制造、软物质、金属的定向能量沉积和晶体生产等[4]。热控制过程包括管理电子设备、太空核反应堆、电池和生命支持系统的热量释放。这些过程对于国际空间站、月球表面的居住地以及涉及美国宇航局科学任务理事会 (SMD) 和人类探索的所有太空计划都很重要[5]。由于对部署在轨道上或月球表面的硬件和空间模块的访问有限,系统的设计和开发几乎没有或根本没有误差余地。迭代之间的时间需要结合基于合理理论模型或机器学习算法的模拟。随着太空计划越来越深入太阳系,预先了解材料和系统的行为变得越来越重要。了解系统行为(尤其是在太空极端环境下的行为)对于充分利用项目预算、最大程度降低人员伤亡风险以及推动未来几代人的进步必不可少。正确设计和控制这些过程和系统需要准确了解系统参数和材料热物理特性,以便进行模拟并最终设计和开发实际系统。对热物理和化学特性的理解被纳入过程算法中,从而实现操作优化,并最大程度减少为太空栖息地开发的宝贵能源的重复使用。这种理解的基础在于准确确定热物理特性。关键的热物理特性是与流体过程有关的特性,例如密度、粘度、表面张力和弹性。其他重要的热物理特性包括热导率和质量传递特性,例如扩散系数。