快速压致凝固法制备块体亚稳材料的研究进展

综述了快速增压使熔体凝固以获取非晶等亚稳相的方法和研究进展。介绍了自行研制的快速增压装置,展示了制备单质硫的大块非晶材料、单质硒的块体密实纳米材料、两种镧系基合金玻璃的块体材料,以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、等规聚丙烯(iPP)大块高分子亚稳材料的实验结果,证明了快速压致凝固法是制备块体亚稳材料的一种普遍可行的方法。最近的实验结果表明:快速压致凝固法获得的块体亚稳材料尺寸不受热传导率的限制;在快速压致凝固过程中,存在形成亚稳相的临界压力和临界增压速率两个限制条件。     

绝缘层上多晶硅的激光加热再结晶方法

绝缘层上多晶硅的激光再结晶所制备的SOI(sil　　con on insulator)材料,可用于制造高速、抗辐照器仲,复合功能电路及三维结构的集成电路.它具有易于隔离(因而可以缩小电路尺寸,提高集成度),寄生电容小(因而可提高器件速度及工作频率),抗辐照能力强。可靠性高,以及与常规的集成电路工艺相容等优点、价格也比蓝宝石上外延硅的SOS(silicon onapphire)材料低. 激光加热再结晶制备SOI材料.就是在热氧化后地Si材料上,用低压化学气相淀积(LPCVD)多晶硅层。然后用激光束辐照加热,使多晶硅层局部熔化再结晶。由于再结晶过程是局部熔化一周化的…     

SA-AC/膨胀石墨的制备及性能研究

本文采用熔融混合-物理吸附法制备硬脂酸-乙酰胺共晶混合物/膨胀石墨(SA-AC/EG)复合相变材料,所得复合材料中SA-AC与EG的最佳质量比为9:1.采用SEM、FTIR、DSC、和TPS方法表征复合相变材料的微观形貌、化学兼容性、相变特性和热导率.实验结果表明,SA-AC与EG之间是通过毛细力和表面张力作用复合,复合相变材料的熔化温度和凝固温度分别为66.94℃和58.02℃,熔化焓和凝固培分别为186.8 J/g和187.8 J/g.实验所得复合相变材料的热导率高达5.909 W·m~(-1)·K~(-1),是原始相变材料(SA-AC)的17.58倍.经过500次加速加热冷却循环后,其热物性基本保持不变.因此,本实验所制备的SA-AC/EG复合相变材料具有较好的热稳定性和化学稳定性,是太阳能蓄热和工业余热回收利用的极具潜力的候选材料.     

国产纯铁的轧制与再结晶织构

用极固与金相研究工业纯铁的轧制与再结晶织构和组织。热轧后的试样经过两种冷轧方法：(1)压下率为98.8%,与(2)压下率为64.5%,中间700℃熟炼;二次冷轧和压下率63.5%。试样在氢气中分别于(a)650°和(b)1000℃熟炼。第一类材料的轧制织构经测定为(100)[011]+(112)[110]+(111)[112].试样在a与γ区域熟炼后的主要取向为(100)[011]和(111)[112]。第二类材料的轧制织构与第一类相似,惟偏离角度较大。表面与内部织构不同。第二类材料熟炼后的再结晶织构基本上相似,金相组织显出第二次再结晶现象。     

聚乙烯醇水溶液二维定向凝固的微观组织演化

为了深入探究定向多孔聚合物材料的微观组织形成机理,利用定向凝固原位实时观察手段,研究不同浓度及不同分子量聚乙烯醇(PVA)水溶液在不同抽拉速度下的定向凝固形貌演化.PVA水溶液的定向凝固形态在低浓度(1 wt%,2.5 wt%)和小分子量(M_w=24000)情况下,一次枝晶间距随着抽拉速度的增加而减小.随着PVA浓度和分子量的增加,一次枝晶间距随抽拉速度变化不明显,枝晶主轴尺寸则随速度增加呈现减小的趋势.与传统凝固形态形成机理相比,PVA水溶液的凝固形态由PVA分子的扩散引起的凝固界面不稳定性机理和PVA高分子链交联引起的局部相分离机理竞争决定.     

中子辐照诱导钨再结晶的模拟研究

钨作为未来聚变堆偏滤器靶板的候选材料,需要长期服役在高温且受到高能中子辐照的严峻环境,这将导致钨发生中子辐照诱导再结晶,从而提高钨发生沿晶脆断的可能性,威胁偏滤器的运行安全,因此研究中子辐照诱导钨再结晶的物理机制具有重要意义.然而,与最近高通量同位素反应(HFIR)堆高温下中子辐照实验观察到的结果相比,目前考虑辐照增强再结晶驱动力效应的模型低估了中子辐照对再结晶的影响,结果表明仍有其他效应影响再结晶过程.基于此,本文在假设晶界迁移率与自体扩散系数成正比的前提下,引入辐照增强晶界迁移因子(R),建立了新的辐照诱导再结晶动力学模型.模拟结果显示,在综合考虑辐照增强再结晶驱动力和晶界迁移效应后,模型计算出的850℃下达到一半再结晶分数所需要的时间(t_X=0.5)和HFIR堆中子辐照实验结果相符,这表明辐照增强晶界迁移效应是影响辐照诱导再结晶现象的重要因素之一.另外,模型研究了不同辐照温度下钨的t_X=0.5.结果表明辐照与未辐照的t_X=0.5差别随温度升高而逐渐下降.这是因为随着温度的升高,辐照缺陷复合加剧,辐照缺陷对再结晶驱动...     

两相钛合金再结晶退火组织与织构演变的蒙特卡罗模拟

蒙特卡罗(MC)方法被广泛应用于模拟金属材料在退火过程中的静态再结晶行为. 在已有两相材料晶粒长大MC模型基础上, 引入形核阶段, 综合考虑再结晶晶粒吞并形变晶粒和再结晶晶粒竞争长大两种情况, 建立了退火时两相合金再结晶MC模型.结合电子背散射衍射所测 初始晶粒形貌、相成分、晶体学取向及应变储能相对值, 该模型被应用于TC11钛合金退火过程中的微观组织及织构演变模拟.结果表明, 所建模型能够较好体现退火过程中两相晶粒的形核及晶粒长大行为. 与β相相比较, α相具有较低的再结晶速率和较高的晶粒长大速率, 前者主要归结于α相较低的初始应变储能, 后者则体现了该条件下初始组织形貌、分布及两相比例对晶粒长大具有重要影响; 由于非均匀形核的影响, 模拟得到的再结晶速率变化与 假设均匀形核的Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov 再结晶方程存在明显差异.同时, 两相的基本织构特征在退火过程中无明显变化, 但织构强度增加. 关键词： 两相钛合金 再结晶 蒙特卡罗方法 织构     

熔体初始温度对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究

采用分子动力学方法对熔体初始温度热历史条件对液态金属Na凝固过程中微观结构的影响，进行了模拟研究，并采用双体分布函数g(r)曲线、键型指数法和原子团类型指数法对凝固过程中的微观结构进行了分析.结果表明：液态金属Na在不同熔体初始温度条件下以1×10¹¹K/s冷速凝固时，均形成晶化结构，其中1661和1441键型或体心立方基本原子团(14 6 0 8)在凝固过程中对微观结构的转变起决定性作用.同时发现：熔体初始温度对凝固微结构有显著影响，而对液态和过冷态的微观结构影响并不明显，只有在晶化起始温度T_c附近才充分地展现出来.不同熔体初始温度对凝固结构的晶化程度有不同的影响，虽其影响程度是随着熔体初始温度的下降呈非线性变化关系的，但仍表明是可以通过改变熔体初始温度来加以控制的.原子团类型指数法(比键型指数法)更进一步表征了晶化体系中原子团的结构特征，将有利于对液态金属凝固过程中微观结构的转变机理进行更为深入的研究.     

液态Mg7Zn3合金快速凝固过程中微观结构演变机理的模拟研究

采用分子动力学方法对液态Mg₇Zn₃合金的快速凝固过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪等方法对凝固过程中团簇结构的形成、演变特性进行了分析.结果表明:在以冷速为1×10¹² K ·s^-1的凝固过程中, Zn-Zn原子之间的相互成键的概率明显增加,形成以1551,1541,1431键型为主的非晶态结构.其特征键型1551随温度变化 关键词： 液态MgZn合金 快速凝固过程 微观结构演变 分子动力学模拟     

声双折射法研究再结晶退火处理对45#钢微观组织的影响

本文在研究超声测试应力的过程中为了减小材料组织结构以及残余应力对应力测试结果的影响,对45#钢试样进行再结晶退火热处理,并用超声双折射法研究试样的再结晶退火组织,分析其微观组织和各向异性。实验结果表明,试样中横波声速随其偏振化方向改变而变化,存在声速快轴和慢轴且两者相互垂直;试样经650℃炉温,保温40分钟炉冷再结晶退火热处理后,声各向异性因子小,表现出材料微观组织均匀,晶粒细,各向异性小,并与金相实验结果一致。     

快速压致凝固聚乙烯结晶结构的研究

利用快速增压、自然冷却和液氮淬冷3种方法对高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)熔体进行处理,并对凝固样品的微观结构进行了研究。结果表明,由于不受导热系数的限制,快速增压法制备的样品不存在明显的皮芯结构,样品的结晶度分布较均一。和淬冷法相比较,快速增压法也可以有效地抑制聚合物的结晶,特别是对于分子链运动能力较差的高分子材料(LLDPE),抑制作用更明显。     

CC5083与CC5182铝合金冷轧与再结晶后偏光金相观察组织和X射线检测织构对比研究

连续冷却铸造5083铝合金板较大塑性变形量冷轧后的组织、织构及性能与再结晶处理工艺关系的研究有限。对冷轧压下量约为91.5%的CC5083与CC5182铝合金板分别进行室温入箱式电炉、随炉不限速升温到不同温度退火2 h和分别进行直接入不同温度盐炉退火30 min、出炉水冷至室温后,采用偏光金相显微镜观察组织、采用X射线衍射检测织构,进一步对比研究较大压下量冷轧后退火工艺与再结晶组织和织构关系。结果显示：(1)电炉退火CC5083铝合金板的再结晶开始及晶粒长大温度为343 ℃,晶粒长大后形状为长条状(创新点);盐炉退火CC5083铝合金板的再结晶开始温度为343 ℃;二者再结晶完成温度都为371 ℃。(2)CC5182铝合金板分别在电炉与盐炉454 ℃以上退火,晶粒开始显著长大;电炉退火与盐炉退火CC5083铝合金板再结晶开始温度分别高于电炉与盐炉退火的CC5182铝合金板,盐炉退火CC5083铝合金板再结晶晶粒长大温度高于另外三种方式退火;CC5182铝合金板盐炉退火再结晶晶粒长大温度高于电炉退火的。CC5083和CC5182铝合金冷轧板表层再结晶及再结晶晶粒长大温度明显高于内层的(创新点)。(3)四种方式退火再结晶晶粒长大温度及相同温度退火时织构转变程度有差异(创新点);退火过程中织构检测结果与金相组织观察结果反映的再结晶进程不很一致。     

冷速对液态金属Mg凝固过程中微观结构演变的影响

采用分子动力学方法对不同冷速下液态金属镁(Mg)快速凝固过程中的微观结构演变进行了模拟研究.并采用能量-温度(E-T)曲线、双体分布函数、Honeycutt-Andersen键型指数法、原子团簇类型指数法(CTIM-3)以及三维可视化等方法系统地考察了凝固过程中微观结构演变与相转变过程.结果发现:在以冷速为1×10~(11)K/s的凝固过程中,亚稳态bcc相优先形成,随后大量解体,其变化规律符合Ostwald规则,系统最终形成以hcp结构为主体与fcc结构共存,中间还夹杂部分bcc结构的致密晶体结构.在1×10~(12)K/s冷速下,结晶过程呈现迟缓现象,形成bcc结构的初始温度降低,系统形成以hcp居多、与bcc和fcc三相共存的结构,且因相互竞争、相互制约而导致不易形成粗大的晶粒结构.而在1×10~(13)K/s冷速下,系统则形成以1551,1541,1431键型为主的多种非晶态基本原子团组成的非晶态结构.此外,在冷速1×10~(12)与1×10~(13)K/s之间的确存在一个形成非晶态结构的临界冷速.     

铁硅合金中立方织构的形成

铁硅合金(含硅3.25％)的样品,经过不同的冷轧和中间退火程序,在最后高温退火时,可以通过二次再结晶,或者一次再结晶形成集中的立方织构。通过二次再结晶形成立方织构时,并不包括重新形核的过程。(100)[001]取向的二次再结晶“晶核”,在一次再结晶完成后,就已经存在。通过一次再结晶形成的立方织构,由于样品在冷轧后,得到了较强的加工立方织构,退火时通过同位再结晶,就得到了再结晶立方织构。     

悬浮液凝固研究进展

悬浮液凝固是将固体颗粒均匀分散于液体中,并对液体进行凝固.它涉及冷冻铸造法多孔材料制备、冻土冻胀、海上浮冰、生物组织冷藏等多个学科和领域.近年来通过悬浮液凝固的方法,人们相继开发出了众多性能优异的新材料,这更为悬浮液凝固的研究注入了新的活力.悬浮液凝固过程中存在众多不同于传统合金凝固的独特现象,如颗粒密堆层、层片晶组织、周期性冰透镜体组织等,但这些凝固微观组织的形成机理尚不清楚.揭示颗粒对悬浮液凝固界面形态演化的影响机理,建立悬浮液体系的凝固理论,不仅帮助人们理解冻土冻胀等自然现象,也为高性能材料的制备与开发提供理论依据.本文首先回顾了悬浮液凝固的研究历史,然后对当前悬浮液凝固微观组织及颗粒动态堆积等方面的研究进展进行述评,并简要介绍本课题组近年来在悬浮液凝固方面的工作进展,最后对悬浮液凝固研究的未来发展进行了展望.     

热凝固致良性前列腺增生组织在590～1 064 nm的吸收和散射特性的变化

研究了自然的和热凝固的良性前列腺增生(BPH)组织在590～1 064 nm光谱范围的光学特性及其差异,实验采用带积分球附件的分光光度计以及反向倍增法获取组织样品的吸收和散射特性参数。结果表明：热凝固导致BPH组织在590～1 064 nm光谱范围的吸收系数明显地减小的,自然的和热凝固的BPH组织的吸收系数都有一个峰值在990 nm处,其值分别为0.438和0.416 mm-1,自然的和热凝固的BPH组织的吸收系数的最大差异在1 064 nm,其值为86.79%,其最小差异在920 nm,其值为4.74%。热凝固导致BPH组织在600～1 064 nm光谱范围的约化散射系数明显地增大,而在590 nm处,热凝固导致BPH组织的约化散射系数却是明显地减小,自然的和热凝固的BPH组织的约化散射系数都有一个峰值在970 nm处,其值分别为1.090和1.449 mm-1,其另一个峰值都在1 050 nm处,其值分别为1.116和1.627 mm-1,自然的和热凝固的BPH组织的约化散射系数的最大差异在1 060 nm,其值为47.73%,其最小差异在600 nm,其值为4.86%。     

CO_2激光烧结合成负热膨胀材料Sc_2(MO_4)_3(M=W,Mo)及其拉曼光谱

用CO2激光烧结合成了负热膨胀材料Sc2(WO4)3和Sc2(MoO4)3.实验表明,激光合成负热膨胀材料Sc2(WO4)3和Sc2(MoO4)3属于快速合成技术,合成一个样品的时间仅需几秒到十几秒,具有快速凝固的特征;X射线衍射和拉曼光谱分析表明,所合成的材料为正交相结构,且具有较高的纯度;变温拉曼光谱分析表明,所合成的材料在室温以上没有相变,但可能有微弱的吸水性;在对Sc2O3,Mo O3,WO3,Sc2(MoO4)3和Sc2(WO4)3拉曼光谱分析的基础上,给出了激光光子能量及原料和合成产物的声子能级图,分析了激光烧结合成的机理.激光光子能量转化为激发声子的能量是光热转化的主要通道,原料在熔池中反应并快速凝固形成最终产物.     

复合低温相变蓄冷材料的实验研究

提出自行研制的一种复合低温相变蓄冷材料,通过实验分析了该蓄冷材料的融点、相变潜热和凝固融化过程曲线.该材料由有机物和无机物混合而成,用示差扫描量热仪(DSC)来测定该蓄冷材料的融点、相变潜热;用低温冰箱测试凝固融化过程材料的均匀稳定性.实验结果表明,该材料具有良好的性能,适用于医药、食品、冰箱及冷库等蓄冷装置中.     

热凝固致人肝组织光衰减和光穿透深度的变化

采用双积分球和反向倍增法(IAD),研究了热凝固致人肝肿瘤及正常人肝组织对680, 720,780,810, 850, 890 nm波长的钛宝石激光的光穿透深度和光衰减特性的变化。结果表明：6个波长的激光的热凝固前后的肝肿瘤和正常肝对光穿透深度都随着激光波长的增大而明显增大,热凝固后的激光穿透深度都分别显著地较热凝固前的穿透深度小(P＜0.05),6个波长的激光对热凝固前后的肝肿瘤的光穿透深度都分别显著地较热凝固前后的正常肝穿透深度大(P＜0.05)。热凝固前后的人肝肿瘤和正常肝对6个波长的激光的衰减都是随着激光波长的增大而明显减小,热凝固后的人肝肿瘤和正常肝的光衰减都分别显著地较热凝固前的衰减大(P＜0.05),热凝固前后的肝肿瘤对光的衰减也都分别显著地较热凝固前后的正常肝衰减大(P＜0.05)。     

人造珍珠母

 最近, 科学家首次成功培育出人造珍珠母。这种具有彩虹光泽的多层材料, 呈线状分布于皱纹盘鲍(图左)等无脊椎动物的壳内。很多试图人工合成这种材料的实验都以失败告终, 最后只能以再结晶的方法从珍珠母中提取。失败原因主要是各层之间不能牢固结合, 就像劣质胶水黏合起来的三合板。