熔体变质对超高重力场燃烧合成TiC-TiB2组织均匀性的影响

通过在(Ti+ B4C)反应体系中相应增加(CrO3+ Al)高能铝热剂添加量,使燃烧体系绝热温度依次达到3000℃、3200℃、3400℃、3600℃与3800℃,进行加速度2000 g的超高重力场燃烧合成实验,制备出系列TiC-TiB2复合陶瓷,探讨高能铝热剂的引入对陶瓷显微组织、凝固行为与力学性能的影响.经XRD、FESEM与EDS测试,发现陶瓷显微组织均由TiB2基体相、不规则TiC第二相、少量的Cr基合金相及Al2O3夹杂物构成,增加高能铝热剂的引入量,通过提高反应熔体温度并增加金属液相,对陶瓷合成过程进行耦合控制,不仅急剧降低Al2O3夹杂含量与尺寸,而且明显细化陶瓷组织、改善其均质性,进而当绝热温度超过3600℃,出现TiB2片晶平均尺寸1μm的超细晶组织,使陶瓷致密性、抗弯强度与断裂韧性均显著提升.     

TiO2颗粒原位合成TiB2对B4C陶瓷材料组织与力学性能的影响

碳化硼是一种应用广泛且极具潜力的结构陶瓷,具有低密度、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优良性能,但是韧性差、烧结温度高的特性限制了其更为广泛的应用.本文采用原位合成和硅溶渗反应烧结相结合的方式制备TiB2增强B4C陶瓷材料,再分别对所制备的复合陶瓷材料的力学性能和显微组织进行研究,研究结果表明:原位合成的TiB2颗粒分布更加均匀,晶粒更加细小且原位合成的TiB2颗粒主要分布在B4C边界,对B4C陶瓷材料起到增韧补强的作用;当添加量达到8wt;时,弯曲强度出现最大值为269 MPa,断裂韧性最大值为7.73 MPa·m1/2,是TiO2添加量为0wt;的B4C陶瓷材料的2.46倍.     

Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷定向凝固过程固液界面形貌的研究

采用有限元法计算模拟了Al2 O3/MgAl2 O4共晶陶瓷区域熔炼定向凝固过程固液界面形貌的演变,研究了熔区坩埚壁面温度、凝固速率对固液界面形貌的影响.结果表明,当熔区坩埚壁面温度从2090℃升至2290℃时,固液界面先由凸界面转为平界面,再转变为凹界面;固液界面前沿的温度梯度随之增大.当凝固速率从1×10-6 m/s升至1 x10-5s时,固液界面形貌无明显变化,而熔区长度有所增大.随着凝固过程的进行,熔区长度逐渐增大,凸固液界面的凸出高度逐渐变小.     

原位合成ZrO2/TiB2复相陶瓷材料的制备及性能

以3Y-ZrO2为基体,用TiC和B4C为原料反应生成TiB2,原位合成了ZrO2/TiB2复相陶瓷材料,测试和分析了复合材料的抗弯强度、维氏显微硬度和断裂韧性。结果表明:原位生成的TiB2对基体起到较好的增韧补强作用。当TiB2的质量分数为30%时,复合陶瓷的综合力学性能最好,其抗弯强度、维氏显微硬度及断裂韧性分别达到1060 MPa、14.5 GPa和11.2 MPa.m1/2。     

熔盐法合成二硼化钛纳米粉体研究

在NaCl-KCl熔盐中利用镁热还原法,以二氧化钛和硼粉为原料,金属镁粉为还原剂合成了TiB2纳米粉体,研究了合成温度、Ti/B摩尔比、保温时间对TiB2粉体合成的影响.通过XRD、TEM、BET对粉体的物相组成、显微形貌及比表面积进行了表征.研究结果表明:800℃时开始有TiB2生成,随温度升高,TiB2晶粒沿(101)晶面择优生长,最佳合成温度为1000℃.Ti/B摩尔比为1∶2.4时,经1000℃保温3h后合成了球形TiB2粉体,颗粒尺寸分布在5 ～30 nm之间;在界面机制控制下,延长保温时间到6h后,颗粒形貌由球形转变为立方状,尺寸增大到30 ～ 60nm,测得其比表面积为49.142 m2/g.     

烧结工艺对原位合成ZrO2/TiB2复合陶瓷材料的力学性能影响

以TiC和B4C为原料反应生成TiB2,原位合成了TiB2含量为20％的ZrO2/TiB2复合陶瓷材料.分析了烧结工艺中烧结温度、保温时间和烧结压力对力学性能的影响.结果表明:当烧结温度由1650℃提高到1750℃时,复合陶瓷材料的抗弯强度由820 MPa增加到980 MPa,断裂韧性从7.2 MPa·m1/2提高到9.4 MPa·m12;当烧结温度升至1850℃时,抗弯强度和断裂韧性下降;显微硬度随烧结温度的升高而提高.在烧结温度1750℃压力为30MPa保温时间由30 min提高到45 min时,断裂韧性从8.6 MPa·m1/2提高到9.4 MPa·m1/2;保温时间增加至60 min时,断裂韧性下降;保温时间的变化对材料的抗弯强度、硬度影响不大.烧结压力对复合陶瓷材料的力学性能的影响较小.当烧结参数为1750℃、45 min、30MPa,ZrO2/TiB2复合陶瓷材料的抗弯强度、显微硬度、断裂韧性分别达到980 MPa、13.6 GPa、9.4 MPa·m1/2.     

Ni-Al复合添加剂对超重力场燃烧合成TiB2基陶瓷组织性能的影响

通过在(B4C +Ti)体系中依次增加Ni-Al复合添加剂质量分数直至25;,采用超重力燃烧合成工艺,制备出系列TiB2基多相陶瓷.经XRD、FESEM、EDS分析,发现陶瓷基体由TiB2片晶、TiC晶粒及分布其间的NiAl合金相组成.增加Ni-Al复合添加剂质量分数直至15;,因促进陶瓷致密化、基体细化与组织均质化,增大TiB2基体相对陶瓷自增韧机制的贡献,故陶瓷相对密度、硬度、弯曲强度与断裂韧性均达到最大值,即分别为99.3; 、22.6±1.8GPa、948±52 MPa与13.6±1.1 MPa· m1/2.     

Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2叠层陶瓷拉拔模具坯体的叠层结构优化分析

采用真空热压烧结的方式制备出Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2叠层陶瓷拉拔模具坯体.通过显微压痕强度实验,研究Al2O3-TiC层和Al2 O3-TiC-CaF2层的叠层厚度和层厚比对陶瓷材料硬度和断裂韧性的影响,并且用有限元方法对叠层陶瓷材料烧结过程中的残余应力进行分析.结果表明:Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2叠层陶瓷拉拔模具坯体具有良好的层间界面,晶粒结合紧密;在模具坯体叠层部分总高度不变的情况下,当叠层数目为5,层厚比(Al2O3-TiC层:Al2O3-TiC-CaF2层)为1∶1时,叠层陶瓷拉拔模具坯体的硬度值和断裂韧性值达到最大,分别为18.2 ±0.3 GPa和5.7 ±0.2 MPa·m1/2;在烧结冷却过程中,由于不同材料层的热膨胀系数和弹性模量而引起的残余应力是该叠层陶瓷拉拔模具坯体具有良好机械性能的原因.     

基于显微组织图片的涂层热导率有限元计算研究

综合数字图像处理技术与有限元网格模型生成原理,提出了基于涂层显微组织图片的有限元网格模型生成方法。利用有限元程序,通过热障涂层特定区域的热导率计算,研究分析了涂层的隔热性能。以等离子喷涂ZrO2涂层为例,先将得到的ZrO2涂层物理图像由图形格式转换成数字格式;然后,通过阈值分割处理和有限元网格生成方法,生成包含涂层材料组元属性的有限元网格模型;在生成的有限元网格模型基础上,再进行ZrO2涂层热作用下的温度场模拟;最后,利用傅立叶热传导方程,计算了ZrO2涂层显微组织图片所代表区域的有效热导率。进一步分析了横向热导率和纵向热导率之间的差异。分析表明:等离子喷涂ZrO2涂层的横向热导率比纵向热导率要高,涂层有效热导率受孔隙率和孔隙形状共同影响。     

超重力场自蔓延离心熔铸TiB2-(Ti,W)C复目陶瓷的研究

采用超重力场自蔓延离心熔铸技术在TiB2基体中引入不同质量分数的(Ti,w)C成功制得大体积复相陶瓷.陶瓷主要由片状TiB2晶、球状TiC晶及不规则(Ti,w)C晶粒组成.随着WO3+Al反应物料含量的提高,体系绝热燃烧温度首先保持不变,随后呈明显增加趋势;并且高温下液相停留时间的延长、产物Stock对流的加快导致产物陶瓷中夹杂减少、(Ti,w)C相含量增加.各相晶粒的均匀化、(Ti,w)C相含量的提高将陶瓷硬度由15.89 GPa提升至23.4 GPa.     

超重力场与微波场集成制备纳米氧化锆

以氧氯化锆为原料,氨水做沉淀剂,在螺旋通道型旋转床中通过超重力场共沉淀反应制备纳米氧化锆前驱体,防团聚处理后的前驱体在微波场中程序升温至600℃煅烧2h得到最终产品.采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法考察了锆离子浓度、超重力水平、不同煅烧方式、微波煅烧温度对粉体粒径、分散性和晶型的影响.结果表明:采用超重力场与微波场集成工艺制备得到结晶度高,粒径均匀,团聚少且平均粒径为8.77 nm的四方相氧化锆(t-ZrO2)粉体.     

传统法KH2PO4(KDP)晶体生长温场和速度场的数值模拟研究

在不同转速下用传统法生长了KDP晶体,并根据生长槽的实际情况,建立了三维数学模型.利用有限容积法,对晶体生长槽内的速度场和温度场进行了数值模拟,分析了不同晶体转速和晶体生长对速度场和温度场的影响规律.结果表明,随着晶体转速的增大,溶液流速越来越大,晶体生长更快,杂晶减少;较高转速(55 r/min和77r/min)较于较低转速(9.0～40 r/min)更有利于晶体生长.     

纳米石墨和纳米碳管薄膜在低电场下的稳定场发射

采用微波等离子体化学气相沉积法(MPECVD)制备出了纳米石墨和纳米碳管混合薄膜材料.通过扫描电镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)对薄膜材料的结构和形貌进行了分析.研究了薄膜材料的场发射性能.场发射结果显示:其开启电场为0.7 V/μm1,在较低电场下(3.7 V/μm1)即可获得5.2 mA/cm2的电流密度,此电场下发射点密度可达1.6×107 cm-2,发射点均匀,亮度稳定.迭代法计算结果表明制备的纳米石墨和纳米碳管混合薄膜材料的功函数仅为3.2 eV.这些表明该薄膜材料为优良的场发射冷阴极材料.     

旋转磁场对空间浮区内流场及浓度场的影响

采用全浮区模型数值研究了旋转磁场作用下熔区内热毛细对流流动特性,分析了磁场强度对流场及浓度场的影响.研究发现,无磁场时,熔体内杂质浓度场和流场呈现三涡胞对称振荡特征;温度场主要由扩散作用决定,呈对称分布.旋转磁场作用下,Ma数基本保持不变.当磁场强度B0≤1 mT时,熔体内杂质浓度场和流场与无磁场时结构类似,但旋转磁场的搅拌作用使得熔体内周期性振荡提前出现,且当旋转磁场产生的洛伦兹力相对较大时,表面张力产生的三维振荡对流得到很好地抑制.B0=5 mT时,周向波动被完全抑制,熔区内流场和浓度场呈二维轴对称分布.旋转磁场对熔体流动产生的轴向抑制作用和周向搅拌作用,都有助于熔体流动的稳定性、浓度分布以及温度分布的均匀性,从而有利于高质量晶体的生长.     

HFCVD系统中衬底温度场及气相空间场的数值分析

探讨了典型气氛中热丝辐射、气体热传导与对流、化学反应生热等因素对衬底温度的影响,建立了三维热丝辐射和二维热流耦合有限元模型,研究了各工艺参数对衬底温度场及气相空间场的影响.结果表明H2占主导地位的气氛中衬底表面的氢原子重组放热对衬底温度有较大影响,氩气气氛中原子重组放热对衬底温度影响很小;热丝温度对衬底温度的影响最大;进气口到衬底的距离及进气口气体流速对衬底附近的流场影响最大,适当提高进气口到衬底的距离有助于提高衬底附近流场均匀性,增大进气速度有助于突破热障提高衬底表面流速,但同时加剧了衬底附近流场的不均匀性.     

KDP晶体锯切应力场与初始内应力场的耦合分析

本文采用有限元法建立了KDP晶体线锯切割的仿真模型,仿真分析了切割过程中晶体内部应力场分布的变化规律.结果表明,线锯切割加工过程应力变化整体平稳,属低应力锯切方式,当晶体即将切断时,最大拉应力显著增加;随着被加工材料的去除,晶体初始内应力释放,晶体内部距离待加工表面越近的点,切割过程中应力变化越剧烈;锯切切口处,锯切应力与内应力相互耦合,应力集聚,并且晶体初始内应力越大,应力集聚越明显,晶体切割开裂几率越大.仿真结果为保证KDP晶体线锯切割加工过程中避免开裂提供了理论基础.     

碳纳米管场发射性能的研究进展

碳纳米管是一种性能优良的场发射冷阴极材料,具有低的阈值电场和高的发射电流密度,在平板显示领域具有广阔的应用前景。本文从Fow ler-Nordhe im s场发射理论出发,阐述了CNT的场发射机制,详细论述了包括CNT的结构、方向性、阵列密度、吸附气体、工作环境等诸多因素对其场发射特性的影响。研究表明,垂直取向,长径比高,密度适中,表面洁净的CNT场增强因子较大,场发射性能较好。     

Inversion of the Temperature Field in Optical Crystals

This article is devoted theoretical and experimental researches of temperature fields which are formed in area semi‐transparent, diffusely transmitting and scattering boundary of two optical environments. It is revealed, that thus can arise non‐monotonic or at certain conditions completely an inverse temperature field. The phenomenon of inversion of a stationary temperature field is revealed theoretically and subsequently is experimentally confirmed. The specific conditions of occurrence of the phenomenon of inversion are determined. During the crystal growth process behind the front of crystallization there can be a congestion of impurities or micro‐bubbles which are grasped by the moving front of crystallization. It results in occurrence diffusely transmitting and scattering boundary on which the radiating thermal flux going from the melt is dissipated in a growing crystal. In turn under the certain conditions it could result in non‐monotonic of temperature field in area of phase boundary and even in full inversion. The experimental equipment was developed and results of experimental measurements which completely confirm theoretical conclusions are given. The described phenomenon could be meet in growing of such optical crystals as sapphire, ruby, fluorides etc. It is specified, that the similar conditions can arise as well on boundary of solid‐gas and liquid‐gas.     

Polyacetylene and Relativistic Field Theory Models

Connections between continuum, mean-field, adiabatic Peierls-fröhlich theory in the half-filled band limit and known field theory results are discussed. Particular attention is gi en to the Φ⁴ model and to the solvable N +2 Gross-Neveu model. The later is equivalent to the Peierls system at a static, semi- classical level. Based on this equivalence we note the prediction of both kink and polaron solitions in models of trans-(CH)_x. Polarons in cis-(CH) are compared with those in the trans isomer. Optical absorption from polarons is described, and general experimental consequences of polarons in (CH)_x and other conjugated polymers is discussed.     

A Molecular Mean Field Theory of Reentrant Phases

The observed phase transition sequence N-S_A-N_re S_re with a lowering in temperature in pure compounds of molecules with a strongly polar end group is reproduced in a mean field model which is taken as an extension of the McMillan potential. This model shows how the dimers in presence of space filling monomers can account for the high temperature S_A phase. As the temperature is lowered, more and more monomers form dimers leaving empty spaces and this initiates an intercalation of dimers belonging to the neighbouring layers. This intercalation is responsible for the lowering of the strength of layering interaction in a McMillan type potential and thus a reentrant nematic phase occurs. This model for the first time successfully accounts for the thickness of the low temperature smectic phase.