三维多相场数值模拟共晶CBr4-C2Cl6合金在不同抽拉速度下的形态选择

利用KKSO多相场模型对定向凝固共晶CBr4-C2Cl6合金的三维恒速及变速生长过程进行了研究,再现了不同抽拉速度下共晶形态演化及选择过程,建立了形态选择图,研究了变速过程的界面平均生长速度及界面平均过冷度的变化.结果表明,变速前后的形态选择与恒速下的形态选择一致;变速过程的形态演变、界面平均生长速度和界面平均过冷度的变化均产生滞后效应;界面平均生长速度和界面平均过冷度之间的关系与理论结果符合较好.     

抽拉速度对SCN-DC共晶生长形貌的影响

本文采用类金属透明模型合金丁二腈-23.6 wt%樟脑 (SCN-23.6 wt%DC) 合金, 研究了棒状共晶定向凝固组织的演化行为, 考察了抽拉速度对棒状共晶合金组织形貌演化的影响规律. 结果表明, 在共晶生长初期, 共晶组织首先起源于晶粒晶界或者试样盒型壁处, 随后沿液/固界面和平行于热流方向生长; 在较小的抽拉速度 (0.064–0.44 μm/s)下, 棒状共晶界面前沿呈现平界面形态, 内部两相棒状组织平行生长, 并且随着抽拉速度的增大,棒状共晶逐渐细化, 棒状间距减小; 而在较大的抽拉速度 (0.67–1.56 μm/s)下, 共晶界面前沿呈现胞状生长形貌, 胞内的棒状共晶呈放射状生长, 同样, 随着抽拉速度的增大, 胞内棒状共晶逐渐细化, 棒状间距减小.关键词：定向凝固共晶形貌抽拉速度共晶间距     

三种变速条件下共晶生长的多相场法模拟

利用多相场模型模拟了共晶合金CBr₄-C₂Cl₆定向凝固变速生长过程,研究了阶跃变速、线性变速以及震荡变速三种变速条件下共晶片层间距的调整以及形态的变化.结果表明：在变速生长过程中,界面平均生长速率与平均过冷度随抽拉速率的变化均产生滞后效应;阶跃增速时,片层间距的调整通过突变分岔形式进行,而阶跃减速时,通过片层的逐步湮没与合并以及自身相的长大方式进行,两个过程表现出强烈的非对称性;线性增速过程,片层间距的调整通过逐步分岔进行,而线性减速过程关键词：多相场共晶变速生长片层间距     

外加应力作用下UO2中空洞演化过程的相场模拟

本工作建立了外加应力作用下UO₂中空洞演化的相场模型.首先,使用摄动迭代法求解了弹性平衡方程,对外加应力下单个空洞周围的应力分布进行了计算,结果表明空洞边缘有应力集中现象,模拟得到的应力分布和解析解一致.然后,利用相场方法模拟了不同外加应力下单个空洞的演化过程,结果表明随着外加应力的增大,空洞的生长速度加快.最后,研究了外加应力对多晶体系中晶粒长大和空洞演化的影响,结果表明,不同晶粒内的应力大小不同,应力越小的晶粒越容易长大,尺寸越大的空洞的边缘应力也越大.晶间空洞与弯曲晶界存在相互作用,一方面晶界附近的空洞会生长成透镜状,另一方面空洞对晶界也有钉扎作用,能减缓晶界的迁移.此外,外加应力会加速多晶系统中空洞的生长,并且本文计算得到了外加应力与空洞半径的关系,发现外加应力越大,空洞的生长越快.     

大晶粒UO2燃料裂变气体释放行为相场模拟研究

为预测大晶粒UO₂燃料中裂变气体的释放行为,从而为事故容错燃料的发展提供支持,本文采用相场模型,对裂变气体在UO₂多晶微观结构中的释放行为进行了模拟.该模型采用一组耦合的Cahn-Hilliard方程与Allen-Cahn方程,用守恒场变量表示裂变气体与空位的分布,以及用序参量区分气泡相与基质相.该模型重点考察了不同晶粒尺寸、不同温度条件与扩散系数对裂变气体释放行为产生的影响,展现了气泡的形核、生长、融合等行为,得到了一定程度燃耗深度下燃料的孔隙度、晶界处气泡覆盖率、气泡平均半径等模拟结果.结果表明,温度与扩散系数对孔隙度、晶界处气泡覆盖率的影响较为显著,在扩散系数较大时,晶粒尺寸也会对裂变气体释放行为产生较大影响,扩散系数较小时,晶粒尺寸的影响则不明显.此外,通过该模型得出的高燃耗深度下裂变气体气泡分布状况与实验结果也较为符合,该模型能较好地预测大晶粒UO₂裂变气体释放行为.     

一维湍流模型对He平面羽流和CH4/H2/N2射流火焰的数值模拟

本文采用一维湍流模型（ODT）对氦气平面羽流和CH₄/H₂/N₂射流火焰进行数值模拟,和前人的实验结果进行定量地对比。结果表明,ODT模型能够准确地预测平面羽流基本特征,湍流涡团的分布同流场拉伸率之间具有密切的关系,涡团强度的分布能够直观地表明当地的湍流强度。ODT模型埘CH₄/H₂/N₂瞬态火焰的模拟定性反应了火焰特性及其与湍流作用的规律,对温度-混合分数的预测值和实测值进行比较,发现甲烷火焰燃烧在富燃料侧并未达到平衡状态,因而基元反应对火焰特性的预测具有重要作用。     

Ni75Cr25-xAlx合金中L12相和D022相形核孕育期的微观相场模拟

基于微观相场动力学模型,运用原子图像、平均长程序参数和平均成分偏离序参数,研究了Al浓度对Ni₇₅Cr_25-xAl_x合金中L1₂相和D0₂₂相形核孕育期的影响以及孕育期与沉淀相析出顺序之间的关系.结果表明,L1₂相和D0₂₂相的形核孕育期不仅与Al浓度有关,而且与两相析出的先后顺序密切相关.当Al浓度小于7.5%时,先析出相为D0₂₂相,随着Al浓度的增大,D0₂₂相形核孕育期延长,后析出的L1₂相的形核孕育期也延长,L1₂相的原子簇?聚?速度加快;当Al浓度大于7.5%时,先析出相为L1₂相,随着Al浓度的增大,L1₂相的形核孕育期缩短,后析出的D0₂₂相形核孕育期也缩短.当Al浓度为7.5%时,L1₂相和D0₂₂相几乎同时析出,两者的孕育期没有明显的差别.关键词：形核孕育期序参数沉淀微观相场模拟     

白光LED用Ca7（SiO4）2Cl6∶Eu2+荧光粉的光谱性能研究

通过高温固相法制备了用于紫外激发白光LED的蓝绿色Ca7(SiO4)2Cl6∶Eu2+荧光粉,并对样品进行了XRD分析和发光性能测试。结果表明,合成的样品为单相Ca7(SiO4)2Cl6;在紫外光激发下,样品的发射谱包括418和502nm两个发射峰。分别监测这两个发射峰,得到了峰值位于290和360nm处的两个宽带激发谱,说明Eu2+离子在基质晶格中可能占有两个不同的格位。研究了Eu2+离子浓度对发光强度的影响,最佳掺杂浓度为0.75mol%。结果表明该荧光粉是一种较好的蓝绿色发光材料。     

多晶Sr2Fe1－xAlxMoO6的晶粒内低场磁电阻效应

用传统的固相反应法合成了Fe位掺杂Al的双钙钛矿型氧化物Sr2Fe1-xAlxMoO6 (x=00,005,010,015,03)多晶材料. x射线衍射和扫描电子显微分析显示,在Fe位掺杂Al既没有引入杂相,也没有明显改变Sr2FeMoO6多晶材料的晶粒尺寸和晶界状态. 非磁性Al离子的掺杂使晶粒内部磁有序区细化成更小的区域,同时使反铁磁区内的磁耦合作用变弱. 这一方面提高了亚铁磁区磁化方向的磁场灵敏度;另一方面也降低了反铁磁区对自旋相关电子的散射;两方面的共同作用使Sr2FeMoO6的低场磁电阻效应明显增强,但这种尺寸效应也使材料的磁电阻在高温下下降得更快.关键词：低场磁电阻掺杂自旋极化电子     

六硝基六氮杂异伍兹烷/2, 4, 6-三硝基甲苯共晶冲击起爆过程的分子动力学模拟

多尺度冲击技术可以准确的再现含能材料冲击起爆过程中冲击波阵面及反应区内的热力学和化学反应路径. 文本利用反应力场分子动力学(ReaxFF-MD)对六硝基六氮杂异伍兹烷/2, 4, 6-三硝基甲苯(CL20/TNT)1:1共晶沿<110>方向以6–10 km·s^-1的冲击速度进行冲击压缩模拟. 产物识别分析显示当冲击速度≥7 km·s^-1时, 冲击激发化学反应发生, 并且利用Rankine-Hugoniot守恒关系求得冲击起爆压力为24.56 GPa. 再者, 比较了冲击速度与粒子速度, 冲击速度与冲击诱发形变的关系, 当冲击速度为7–8 km·s^-1时, 冲击起爆发生, 系统经历弹- 塑性相变, 初级化学反应及次级化学反应, 并且相变与化学反应同时进行, 对于较高的冲击波速度(≥9 km·s^-1), 共晶系统内为过驱响应, 热力学参数均出现陡峭的梯度变化, 冲击波压缩材料直接阶跃至塑性变形阶段, 并且此阶段出现大量的碳原子.     

Investigation of morphology selection for CBr_4-C_2Cl_6 alloy in three dimensions with multi-phase field method

With the multi-phase field model, the unidirectional solidification with constant velocity growth and variable velocity growth of the CBr4-C2Cl6 eutectic alloy is simulated in three dimensions. The simulated results with constant velocity growth show that with the increase of pulling velocity, the morphology of the CBr4-C2Cl6 alloy evolves in the sequence of lamellar merging →lamellar-rod transition→stable lamellar growth→oscillating growth→lamellar branching. A morphology selection map is established with ...     

Ternary eutectic growth of Ag-Cu-Sb alloy within ultrasonic field

The liquid to solid transformation of ternary Ag42.4Cu21.6Sb36 eutectic alloy was accomplished in an ultrasonic field with a frequency of 35 kHz, and the growth mechanism of this ternary eutectic was examined. Theoretical calculations predict that the sound intensity in the liquid phase at the solidification interface increases gradually as the interface moves up from the sample bottom to its top. The growth mode of (ε θ Sb) ternary eutectic exhibits a transition of "divorced eutectic- mixture of anomalous and regular structures-regular eutectic" along the sample axis due to the inhomogeneity of sound field distribution. In the top zone with the highest sound intensity, the cavitation effect promotes the three eutectic phases to nucleate independently, while the acoustic streaming efficiently suppresses the coupled growth of eutectic phases. In the meantime, the ultrasonic field accelerates the solute transportation at the solid-liquid interface, which reduces the solute solubility of eutectic phases.     

采用多相场法研究三维层片共晶生长的厚度效应

采用Kim,Kim,Suzuki和Ode提出的KKSO多相场模型,研究了固定层片间距不同层片厚度条件下三维过共晶层片生长形态的演化行为.研究表明,层片厚度对层片生长过程有较大影响.当层片厚度较小时,厚度效应较弱,类似于二维生长.随着层片厚度的增加,厚度效应逐渐增强并开始产生厚度方向的振荡失稳,造成层片取向的偏转.层片厚度的进一步增加,使层片宽度方向和层片厚度方向的振荡交替出现.当层片厚度大于层片宽度时,厚度效应逐渐强于宽度效应,最终宽度方向的振荡被抑制,仅在厚度方向形成类似于二维的1λ振荡.关键词：数值模拟多相场三维层片生长层片厚度     

高生长速度条件下的“层片↔棒状”共晶转变机理研究

低速生长条件下, 共晶“层片↔棒状”转变只由两相的体积分数控制. 高速情况下, 这种转变有时亦发生, 其转变机理不清楚. 本文应用竞争生长准则, 结合高速生长条件下层片共晶和棒状共晶生长模型研究了生长速度引起的“层片↔棒状”转变机理. 结果显示: 体积分数在临界值附近很小的范围内, 生长速度和溶质配分系数的增大可引起“棒状→ 层片”共晶转变; 而当体积分数远离临界值时, 转变不发生. 生长速度名义上引起“层片↔棒状”共晶转变实际上是由生长速度变化引起的体积分数的变化导致的.关键词：“层片↔棒状”共晶转变竞争生长生长速度体积分数     

Formation mechanism of primary phases and eutectic structures within undercooled Pb-Sb-Sn ternary alloys

The solidification characteristics of three types of Pb-Sb-Sn ternary alloys with different primary phases were studied under substantial undercooling conditions. The experimental results show that primary (Pb) and SbSn phases grow in the dendritic mode, whereas primary (Sb) phase exhibits faceted growth in the form of polygonal blocks and long strips. (Pb) solid solution phase displays strong affinity with SbSn intermetallic compound so that they produce various morphologies of pseudobinary eutectics, but it can only grow in the divorced eutectic mode together with (Sb) phase. Although (Sb) solid solution phase and SbSn intermetallic compound may grow cooperatively within ternary eutectic microstructures, they seldom form pseudobinary eutectics independently. The (Pb)+(Sb)+SbSn ternary eutectic structure usually shows lamellar morphology, but appears as anomalous eutectic when its volume fraction becomes small. EDS analyses reveal that all of the three primary (Pb), (Sb) and SbSn phases exhibit conspicuous solute trapping effect during rapid solidification, which results in the remarkable extension of solute solubility. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50121101 and 50395105)