一种新的快速凝固方法快速卸压淬火

对于固化温度随压力升高而降低的熔体，在适当的初始温度和压力下快速卸压，将使熔体快速固化.给出了通过快速卸压而获得相应过冷速率的计算公式，并用Al-Ge系统对这种新的快速凝固方法进行了评估.实验结果表明用此种方法能获得大于10⁵K·s^-1的过冷速率，因而有利于制备大块亚稳材料甚至非晶.同时，通过快速卸压而实现快速凝固的原理，可用于解释物质在冲击压作用下的非晶化及亚稳相形成. 关键词：     

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。     

快速加压引起的硒熔体结晶行为

开展了在513,523,533 K温度下硒熔体的快速压致凝固实验,分析了不同保温时间即0,30,60 min对凝固晶体尺寸及形貌的影响.发现随着保温时间的延长,晶粒不断发生聚集生长,晶粒尺寸变大.通过与相同温度、压力条件下非晶硒、超细晶体硒粉等温结晶的样品对比,否定了快压凝固结构为非晶硒、非晶硒晶化为晶体硒的可能性,认为硒熔体快压凝固的结构为晶体硒,在保温过程中晶体颗粒在晶界处可以发生聚集生长.分析发现熔体快速压致凝固法不能得到非晶硒的原因在于实验条件下非晶硒为不稳定相,非晶硒的晶化温度随压力关系在2 GPa前后表现出不同的变化趋势,推测压力对过冷液态硒的微观结构有影响.     

非晶钛酸铋的晶化过程

利用差热分析、X射线衍射和透射电子显微镜等技术对溶胶-凝胶法合成的凝胶的晶化过程进行了分析，实验结果表明，Bi₄Ti₃O₁₂非晶凝胶晶化过程经历了四个过程：首先在433℃先形成了Bi₂O₃和TiO₂亚稳相，然后在488℃时TiO₂亚稳相与Bi₂O₃反应形成Bi，Ti复合氧化物亚稳相Bi₂T 关键词： 钛酸铋 铁电材料 溶胶凝胶 非晶 晶化过程     

非晶材料与物理近期研究进展

由于结合了金属和玻璃的特性,非晶合金表现出许多新奇和优异的力学和物理性质,在很多领域具有广泛的应用前景.非晶合金具有连续可调的成分、简单无序的原子结构、丰富多变的材料性质,为研究非晶态物理中的许多共性科学问题提供了理想的模型材料.块体非晶合金的发展更是将玻璃和液体及其相关科学问题的研究推进到凝聚态物理和材料科学的研究前沿.中国科学院物理研究所极端条件物理重点实验室亚稳材料合成、结构及性能研究组(EX4组)近二十年来一直致力于非晶材料和物理的研究,在新型非晶合金的制备、物性以及相关机理的研究上取得了许多重要成果.本文介绍团队最近在非晶材料和物理机理方面取得的研究成果,包括非晶合金的动力学行为和调控、非晶合金的表面动力学、功能应用以及材料探索新方法等.     

亚稳相的高压暴露

 很久以前,便有人指出,气态冷凝成固态时,要连续经历液相及各种高温相,才达到平衡结晶相。但是,液态及高温相往往需靠很大的冷却速度才能冻结下来,这在当时对绝大多数合金,是不可能的。近些年,随着超急冷等技术的进步,关于非晶等亚稳相得研究十分活跃。当超过一定临界冷却速度时,液态合金可固化为非晶态。虽然,亚稳结晶相较非晶应更容易冻结,但是,由于产生各种亚稳相所需的过冷条件各不相同,以及对冷却速度的选择不能是任意的,因此有时它们较非晶还难于形成。与液相凝固过程相似,非晶合金的晶化也服从构型最小重排原理,即在晶化完成之前,存在某些亚稳相变态阶段。但是,限于热力学上的不稳定性及动力学因素,在常压下这些亚稳相同样是难以发现的。作者根据对多种合金系的研究,提出高压暴露亚稳相的设想,并利用非晶等亚稳相的高压变态过程,将进行液态急冷时的速度控制方式,改为便于掌握的高压退火方式,来获得新亚稳相。本文对压力暴露亚稳相的原理和实践,加以论述。     

聚苯硫醚熔体的压致凝固行为

采用施加压力的方法将聚苯硫醚熔体凝固,凝固后获得的聚苯硫醚样品经过降温和卸压后在常温常压下回收. X射线衍射和差示扫描量热分析表明:约20 ms时间的快速压缩过程可以抑制熔体结晶,制备出非晶态聚苯硫醚块材,样品的表面及中心都是非晶态.非晶态聚苯硫醚的玻璃化转变温度和晶化温度分别为318和362 K.常压下的退火实验表明,非晶态聚苯硫醚在425 K等温结晶的产物为正交相晶型.压致凝固法中熔体的凝固不是靠温度变化,而是靠压力变化,样品表面和内部处在一致的温度下同时受压凝固,避免了热传导对非晶尺寸的影响,因此非常有利于获得结构均匀的大尺寸非晶态材料.     

磁性材料物理国际会议在日本仙台召开

国际应用磁学(INTERMAG)会议的三个卫星会仪之一──第一届国际磁性材料物理会议,于1987年4月8-11日在日本仙台市召开.我国有近20名代表参加,是外国代表中人数最多的. 会议共有138篇论文,分七类:1.稀上永磁材料及非晶材料的磁性;2.薄膜;3.细粉末;4.无序及亚稳系统;5.磁各向异性及磁致伸缩;6.高频磁损耗;7.磁光、磁弹性波及新实验技术.其中有关薄膜的论文有48篇,占35%。软磁硬磁大块材料包括非晶合金及稀土永磁合金的文章数与薄膜文章数相比显得少得多.从这里可以看出人们对薄膜的兴趣日益增长. 为了降低软磁薄膜的磁致伸缩以改善磁性,人…     

亚稳相的纳米尺度稳定化:热力学模型与实验研究

建立了亚稳相合金的热力学模型,描述亚稳相的各种热力学物理量及其随成分、温度、晶粒尺寸等因素的变化.结合模型计算和系列实验,揭示了亚稳相的热力学性质、变化特征及其纳米尺度效应.以亚稳相SmCo₇合金为例,定量研究了亚稳相以单相形式稳定存在的条件及失稳发生的相分解行为.研究结果对亚稳相合金应用过程中相稳定性和相变的调控具有定量化指导意义.     

Zr-Cu-Ni-Al-Nb大块非晶合金的晶化行为、力学性能及电化学腐蚀行为的研究

利用水冷铜模铸造法成功制备了Zr_65-xCu_17.5Al_7.5Ni ₁₀Nb_x (x=0，2，5)大块非晶合金. X射线衍射、热分析研究结果表 明，Nb的添加显著改变了非晶合金的晶化行为，促进了二十面体准晶相的形成. 各合金的准 静态压缩实验表明，Nb的适量添加有利于提高大块非晶合金的强度和塑性. 其中x=5的大块 非晶合金的抗压强度σ_b和塑性应变量ε_p 关键词： Zr基大块非晶合金 晶化行为 力学性能 耐腐蚀性能     

非晶Ni-P合金晶化过程中生成的六角亚稳相(Ⅲ) 六角多型体

利用电子显微镜旋转晶体法发现了非晶Ni-P合金晶化过程中生成的另外两个新的六角亚稳相(α_2相与α_3相)。它们与文献[3]报道的六角亚稳相(α_1)具有相同的α值(6.73),但c值分别为α_1的3/2倍与4倍,表明这些相属于长周期多型体结构,α_2相具有六角密堆结构的消光规律。此外,还证实了α_1中的面心立方亚点阵(α=5.50)实际上是一个单独的面心立方亚稳相,这些六角亚稳相就是在它的{111}面上生成的。     

非晶纤维的制备和力学行为

将块体材料制备成微纳米纤维时,其力学性能会得到进一步的提高,甚至具备块体材料所没有的力学行为.非晶态材料可经过熔体拉丝一次性成型而得到所需尺寸的均匀纤维,纤维表面质量好,其制备过程相对简单且节能.由于非晶材料短程有序、长程无序的结构,具备优异的力学性能,所以非晶纤维有着广泛的应用前景和基础研究价值.本文对能制备成非晶纤维且有优异力学性能的材料做了简单介绍,对非晶纤维的制备方法及其成型物理机制、非晶纤维的力学行为及其物理机制进行了综述,最后总结了非晶纤维的制备和力学行为的研究中存在的问题,对非晶纤维的发展前景做了展望.     

微米晶单斜氧化锆高压相变制备亚微米四方多晶氧化锆

高压相变已逐渐发展成为一种制备纳米/亚微米多晶陶瓷块体材料的有效方法。高压可以抑制原子的长程扩散进而抑制晶粒长大,高压下截获的新相不受初始材料晶粒尺寸的制约,通过热力学调控可以得到晶粒尺寸更小的多晶块体材料。陶瓷材料在特定热力学条件下通常会发生相变,新相的形成要经历形核、生长的过程。采用晶粒尺寸为2μm的单斜ZrO2与晶粒尺寸为50 nm的Y2O3以97:3的摩尔比混合,在5.5 GPa、800～1700℃温压区间内对初始材料进行烧结,采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜对所得样品进行表征。研究结果表明:高压下截获了单斜相和亚微米四方相复合的多晶ZrO2块体材料,1200、1400、1600和1700℃温度下获得的四方相的平均晶粒尺寸为(145±62) nm、(246±165) nm、(183±62) nm和(245±107) nm。利用高压相变以微米晶制备细晶粒多晶块体材料,可以避免常规方法中以纳米粉末为初始材料制备细晶粒多晶块体材料存在的团聚、吸附及晶粒长大的问题,进而发展一种以微米晶为初始材料通过高压相变制备高性能细晶粒多晶块体材料的方法。     

非晶Ni-P合金晶化过程中生成的六角亚稳相(Ⅲ)——六角多型体

利用电子显微镜旋转晶体法发现了非晶Ni-P合金晶化过程中生成的另外两个新的六角亚稳相(α₂相与α₃相)。它们与文献[3]报道的六角亚稳相(α₁)具有相同的α值(6.73?),但c值分别为α₁的3/2倍与4倍,表明这些相属于长周期多型体结构,α₂相具有六角密堆结构的消光规律。此外,还证实了α₁中的面心立方亚点阵(α=5.50?)实际上是一个单独的面心立方亚稳相,这些六角亚稳相就 关键词：     

新型Pr基大块非晶及其特性研究

用铜模吸铸法获得了直径为5mm的一种新的Pr基大块非晶.与以往其他稀土-过渡金属(RE-TM)大块非晶不同的是，这种新的Pr基大块非晶具有明显的玻璃转变和稳定的过冷液相区，且其玻璃转变温度在目前已知的大块非晶中是最低的，T_g=409K.研究了该大块非晶的玻璃转变动力学，并给出了Kauzmann温度T_k、Vogel-Fulcher温度T⁰_g及脆性参数m等重要参数. 关键词： 大块非晶 玻璃转变 脆性参数m     

块体非晶合金的韧塑化

块体非晶合金因其独特的原子结构而具有许多优异的力学性能,成为近年来材料领域的研究热点之一,但是由于其在变形过程中的室温脆性和应变软化等关键问题一直制约着其实际工程应用.为解决此问题,块体非晶合金领域的研究者们提出了多种方案,包括通过在非晶合金中调控其内禀特性如弹性常数、结构不均匀性,通过外加手段改变其应力及缺陷状态,通过外加和内生的方法在非晶基体中引入晶态增强相等方式,获得了一系列力学性能优异的块体非晶合金及其复合材料.特别是利用"相变诱导塑性"(transformation-induced plasticity,TRIP)概念研制出的块体非晶合金复合材料,同时具有大的拉伸塑性和加工硬化能力.本文围绕块体非晶合金的韧塑化这个关键科学问题,对单相非晶及非晶复合材料的韧塑化方案及机理进行了综述,着重介绍了TRIP韧塑化块体非晶合金复合材料的制备、性能、组织调控及韧塑化机理等,并对此领域的未来发展进行了展望.     

毫秒级快速压缩技术在材料科学中的应用

毫秒级快速压缩对材料结构和性质的影响研究仍处于起步阶段,提高快速压缩实验技术水平、持续深入地开展快速压缩下材料的高压物性和新材料制备研究具有重要的科学意义。介绍了4种毫秒级快速压缩实验技术,简述了快速压缩技术在材料科学中的应用,包括制备非晶材料、测量Grüneisen参数和W-J参数、研究相变动力学。     

Ni-Zr非晶合金晶化过程的透射电子显微镜研究(Ⅱ) Ni_(67)Zr_(33)非晶合金晶化过程中出现的过渡区

用TEM研究了Ni_(67)Zr_(33)非晶合金晶化过程中亚稳相与稳定相之间存在的过渡区。在点阵像上亚稳相为宽的或宽窄相间的条纹,而稳定相为单一的窄条纹。过渡区中宽窄条纹的分布是随机的,看不出明显的规律。其电子衍射圈也没有平移对称性,可以看成亚稳态与稳定态的衍射谱之间的变化过程。 以相同原子面不同堆垛间距的模型模拟了过渡区衍射强度的分布,与实际强度符合得很好。     

一种直接测量W-J参数的实验方法

本文探索了一种直接测量W-J参数的方法. 实验选用NaCl作为试样, 在快速压缩过程中原位测量样品的温度和压力的变化值. 通过温度修正使测量值在原理上更符合等熵压缩过程的结果, 并采用大幅度增压结合中值定理得出中点压力处温度随压力的变化率, 进而根据R=(P/T) (∂T/∂P)_S关系式求出W-J参数, 整个过程没有引入其他参数. 此外, 作为对比, 我们还从相关的物态方程、经验公式和已知参数出发计算了NaCl的W-J参数及其随压力变化的关系. 结果表明: 实验测得的NaCl的W-J参数随压力增加而增加; 实验结果与计算值符合得很好. 这说明快速增压直接测量物质的W-J参数是一种可行且可靠的方法. 关键词： NaCl W-J参数 快速增压 高压     

超高强块体非晶合金的研究进展

研制具有极限力学性能的金属材料一直是材料研究人员的梦想.超高强块体非晶合金是一类具有极高断裂强度(4 GPa)、高热稳定性(玻璃化转变温度通常高于800 K)和高硬度(通常高于12 GPa)的新型先进金属材料,其代表合金材料Co-Ta-B的断裂强度可达6 GPa,为目前公开报道的块体金属材料的强度记录值.本文系统地综述了该类超高强度块体非晶合金的组分、热学性能、弹性模量及力学性能,阐述了该类材料的研发历程;以弹性模量为联系桥梁,阐明了该类超高强块体非晶合金材料各物理性能的关联性,并揭示了其高强度、高硬度的价键本质.相关内容对于材料工作者了解该类超高强度金属材料的性能和特点,并推进该类材料在航空航天先进制造、超持久部件、机械加工等领域的实际应用有着重要意义.