工程科學學報

原位混雜增強鈦基復合材料的制備與組織分析

理論上分析了由Ti-B<sub<4</sub<C-C系原位自生制備TiB晶須(TiBw)和TiC顆粒(TiCp)混雜增強鈦基復合材料的可行性.運用熱分析方法(DSC)研究了一定量的鈦粉、碳化硼粉與碳粉的混合粉末在加熱過程中的反應情況.結果顯示復合材料原始粉末加熱過程中在940~1150℃這一溫度范圍內發生劇烈的放熱現象,有可能生成了新相.XRD檢測分析結果顯示在燒結態材料中形成了TiB與TiC,而且TiC的含量隨所添加的C含量增加而增加.OM與SEM分析表明復合材料中存在棒狀TiB晶須和近似等軸狀TiC顆粒兩種不同形態的增強體,并且兩種增強種體均勻的分布在基體中.實驗結果表明,可以采用反應熱壓法由Ti-B<sub<4</sub<C-C系制備原位自生TiB晶須和TiC顆粒混雜增強的鈦基復合材料.

工程科學學報. 2007 29(2): 107-111.

高溫高壓下Fe-Ni-C-B系合成Ⅱb型金剛石單晶

提出了一種在高溫高壓下利用粉末冶金方法制備的Fe-Ni-C-B系觸媒合金生長Ⅱb型金剛石的新方法.由于硼元素的存在,Ⅱb型金剛石生長所需的溫度和壓力條件均高于普通的Ⅰb型金剛石,并且合成出的金剛石單晶粒度較粗,晶形稍差,表面結構比較復雜.通過晶體的顏色、X射線衍射以及Raman光譜可以初步斷定合成出的金剛石晶體中確實含有硼元素.以金剛石在不同溫度下的靜壓強度和沖擊韌性以及差熱分析和熱重分析的結果來表征金剛石的熱穩定性.實驗發現,由于硼元素的進入使得Ⅱb型金剛石單晶的熱穩定性與采用同種方法合成出的Ⅰb型金剛石相比有了較大程度的提高.采用自制的夾具通過檢測金剛石的電阻溫度特性,初步確定了在Fe-Ni-C-B系中生長的Ⅱb型金剛石具有半導體特性.大量的實驗數據充分說明,采用這種方法生產Ⅱb型金剛石具有成本低廉、操作簡單、產品質量穩定等優點,具有極高的工業化推廣應用的價值.

工程科學學報. 2007 29(2): 112-118,167.

納米ZrO<sub<2</sub<晶型對銅基復合材料界面的影響

采用原位化學工藝制備了ZrO<sub<2</sub</Cu納米復合粉末,用粉末冶金法制備了納米ZrO<sub<2</sub</Cu復合材料.通過TEM觀察發現,氧化鋯呈單斜和四方兩種晶型,不同晶體形態的氧化鋯顆粒與銅基體之間具有不同的界面特征.通過Ansys分析軟件對不同形態即不同晶型氧化鋯與銅基體的界面進行應力模擬分析,結果發現單斜晶型氧化鋯的尖端部位很容易產生應力集中,且比四方晶型氧化鋯界面處更容易產生裂紋.

工程科學學報. 2007 29(2): 119-124.

一種新型的含鎳耐蝕高硅鐵基合金

借助光學顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析、X衍射分析和力學性能檢測設備及腐蝕性能檢測儀器等手段,結合奧氏體不銹鋼的設計思路以及Fe-Ni-Si和Fe-Mn-Si三元相圖,分析了普通高硅鐵基合金的性能和組織,設計并研究了含鎳或錳奧氏體高硅鐵基合金的組織、力學性能和耐蝕性能.結果表明:普通高硅鐵基合金的基體均為鐵素體,主要是長程有序的Fe<sub<3</sub<Si相,這種相有低溫脆性現象同時是合金產生硅脆的根本原因.在合金中加入18%的鎳,能使合金中出現奧氏體相,其沖擊韌性達到5.52J·cm<sup<-2</sup<,比普通高硅鐵基合金提高7倍以上,腐蝕率和普通高硅鐵基合金相當.

工程科學學報. 2007 29(2): 125-129.

采用聚硅碳硅烷與乙酰丙酮鋁合成聚鋁碳硅烷的機理

聚鋁碳硅烷是耐超高溫Si-Al-C纖維的先驅體.為了制備合適的先驅體,采用聚硅碳硅烷與乙酰丙酮鋁反應合成聚鋁碳硅烷,并對其反應機理進行了詳細的研究.其中聚硅碳硅烷是含有Si-Si-Si和Si-C-Si的低聚物.通過在反應過程中從反應體系中抽取樣品,并采用FTIR、GPC、<sup<1</sup<H-NMR、<sup<27</sup<Al-NMR和紫外可見光譜對反應過程進行追蹤分析.結果表明:反應過程中存在Si-Si-Si向Si-C-Si轉化的Kumada重排反應;乙酰丙酮鋁的交聯作用使得聚鋁碳硅烷的相對分子質量和支化度大大提高,乙酰丙酮鋁的反應主要發生在330℃以下和400℃以上,反應產物中Al以Si-O-Al結構存在.

工程科學學報. 2007 29(2): 130-134.

熱處理溫度對金屬Al增韌氧化鋁多孔陶瓷支撐體斷裂韌性的影響

采用干壓成型法,通過添加適量的金屬Al粉來增韌Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<多孔支撐體,詳細考察了熱處理溫度對多孔Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub</Al支撐體力學性能的影響,并借助于掃描電子顯微鏡(SEM)分析了樣品的微觀結構.研究結果表明:當熱處理溫度較低時,支撐體內部大量未氧化的鋁相是支撐體斷裂韌性提高的主要的原因;當熱處理溫度較高時,鋁氧化產生體積膨脹,膨脹裂紋對支撐體斷裂韌性的提高貢獻很大.

工程科學學報. 2007 29(2): 135-138.

Ga<sub<1-<i<x</i<</sub<Zn<sub<<i<x</i<</sub<NO光催化劑粉體的制備及其表征

在氮化鎵中添加其他元素,有可能使其寬禁帶變窄,從而提高其作為光催化劑的光利用效率.在1123K的氮化溫度下,用氧化鎵(Ga<sub<2</sub<O<sub<3</sub<)和氧化鋅(ZnO)粉末與流動的NH<sub<3</sub<反應900min制備出黃色的氮化鎵與氧化鋅的固溶體Ga<sub<1-<i<x</i<</sub<Zn<sub<<i<x</i<</sub<NO.探討了制備工藝對所得粉體的影響,通過X射線衍射(XRD),掃描電鏡(SEM)以及紫外可見吸收光譜(UV-Vis)研究Ga<sub<1-<i<x</i<</sub<Zn<sub<<i<x</i<</sub<NO的晶體結構和光學性能.所得Ga<sub<1-<i<x</i<</sub<Zn<sub<<i<x</i<</sub<NO的粉末呈六角纖鋅礦結構,紫外可見吸收光譜表明該物質的吸收峰位于可見光范圍內.

工程科學學報. 2007 29(2): 139-141.

三維大孔氮化碳材料的制備及其血液相容性

以粒徑640nm的單分散二氧化硅膠體晶體為模板,由四氯化碳和乙二胺回流加熱制備出氮化碳的前驅物;將其填入模板的縫隙中,在氮氣中熱處理,形成氮化碳/二氧化硅的復合物;用氫氟酸除去二氧化硅模板,制備出三維大孔氮化碳材料.通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、選區電子衍射(SAED)、元素分析、紅外光譜(FT-IR)、X射線光電子能譜(XPS),對其形貌結構、元素組成、鍵合狀態進行了形貌和結構的表征.采用部分凝血活酶時間(APTT)、凝血酶原時間(PT)和凝血酶時間(TT)對其體外抗凝血活性作了初步的評價,發現制備的大孔氮化碳對血液不會造成促凝,說明其可能成為一種新的血液相容性材料.

工程科學學報. 2007 29(2): 142-145.

金納米微粒晶格畸變和結合能的尺寸形狀效應

利用緊束縛分子動力學的方法,模擬了球形和立方體金納米微粒的最近鄰原子間距以及結合能.研究表明,原子數為108,256的立方體納米微粒的穩定結構是非晶態,而其他尺寸的球形和立方體形微粒則是面心立方結構.對于晶態結構,在一定的形狀下,金納米微粒的最近鄰原子間距以及結合能隨著微粒尺寸的減小而降低;而在微粒原子數一定時,球形金納米微粒的最近鄰原子間距以及結合能的變化量分別要小于立方體形微粒的相應變化量.由于晶體-非晶轉變對于最近鄰原子間距的影響非常明顯,因此最近鄰原子間距可以作為晶態和非晶態納米微粒的一個判據.通過線性擬合模擬數據,定量地給出了形狀對于最鄰近原子間距變化量的貢獻為總變化量的2%,而對于結合能的貢獻為總變化量的15%.本文模擬的最近鄰原子間距的數值與文獻上報道的實驗結果符合得很好.

工程科學學報. 2007 29(2): 146-150.

電場極化下GeS<sub<2</sub<-Ga<sub<2</sub<S<sub<3</sub<-PbI<sub<2</sub<硫鹵玻璃的二階非線性光學效應

采用Maker條紋測試方法,首次在電場-溫度場極化GeS<sub<2</sub<-Ga<sub<2</sub<S<sub<3</sub<-PbI<sub<2</sub<準三元體系硫鹵玻璃中觀察到了明顯的二次諧波發生(SHG).對于70GeS<sub<2</sub<·15Ga<sub<2</sub<S<sub<3</sub<·15PbI<sub<2</sub<組分玻璃,詳細研究不同極化電壓、極化溫度和極化時間對二次諧波(SH)強度的影響,發現當極化溫度高于190℃,電壓高于4.0kV時,可以觀察到SHG并且SH強度隨極化電壓與時間的升高而增大直至飽和.在6kV極化40min的條件下,SH強度隨極化溫度的升高先增大后減小.在6kV、250℃、40min的最佳極化條件下,70GeS<sub<2</sub<·15Ga<sub<2</sub<S<sub<3</sub<·15PbI<sub<2</sub<玻璃的二階非線性極化率<i<χ</i<<sup<(2)</sup<達到最大值4pm·V<sup<-1</sup<.根據偶極子取向模型,討論了二次諧波效應的機理是該硫鹵玻璃中偶極子在高溫條件下擺脫網絡束縛沿外加電場方向取向調整,從而破壞了玻璃的宏觀各向同性所致,并定性解釋了極化條件對玻璃二階光學非線性效應的影響.

工程科學學報. 2007 29(2): 151-156,177.

在鈦合金表面制備Al-Si涂層的方法及其高溫抗氧化性

采用低氧壓高溫快速熔結技術在Ti-6Al-4V合金表面成功地制備出具有抗高溫氧化能力的Al-Si熔結涂層.與其他工藝相比,這種工藝相對簡單,且不需要經過長時間的加熱處理就能在合金的表面形成一層足夠厚度的Al-Si熔結涂層,不僅省時節能,且涂層中的抗氧化元素鋁、硅的濃度可通過調整涂層粉末的混合比例來進行控制.XRD檢測表明涂層主要由Al、Si、Ti<sub<5</sub<Si<sub<3</sub<和TiAl<sub<3</sub<相組成.在1073K空氣中循環氧化105h的實驗結果表明:未經過處理的鈦合金試樣的氧化增重一直保持著較高的增長速率;而對帶有低氧壓熔結Al-Si涂層的試樣來說,其氧化增重近似呈拋物線規律,顯著地提高了鈦合金的抗氧化能力.

工程科學學報. 2007 29(2): 157-161.

燒結NdFeB磁體表面化學鍍Ni-Cu-P合金及防腐性能

在燒結NdFeB磁體表面化學鍍Ni-Cu-P以提高其耐腐蝕性能.研究了絡合劑的質量濃度、鍍液的pH值、施鍍溫度及金屬離子配比[Cu<sup<2+</sup<]/[Ni<sup<2+</sup<]對沉積速度和鍍層成分的影響.用掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDAX)觀察鍍層形貌并分析鍍層成分.測定Ni-Cu-P合金鍍層在質量分數3.5%NaCl溶液中的極化曲線,并結合中性鹽霧實驗表征鍍層的耐腐蝕性能.研究表明:燒結NdFeB永磁體經堿性超聲波除油、酸洗活化后進行化學鍍Ni-Cu-P,可得到結合力良好的合金鍍層;隨著鍍液中金屬離子配比[Cu<sup<2+</sup<]/[Ni<sup<2+</sup<]的增大,所得鍍層從非晶向晶態轉變,鍍層中的磷含量先升高后降低,鍍層表面變得平整、致密;化學鍍Ni-Cu-P三元合金的耐腐蝕性能優于相同條件下所得到的Ni-P鍍層,且從金屬離子配比([Cu<sup<2+</sup<]/[Ni<sup<2+</sup<])為0.02的鍍液中得到的鍍層的耐腐蝕性能最強.

工程科學學報. 2007 29(2): 162-167.

鎳渣制備微晶玻璃的結晶動力學及結晶化過程

探討以鎳渣為主要原料采用熔融法制備建筑用微晶玻璃.研究引入Cr<sub<2</sub<O<sub<3</sub<作為晶核劑的鎳渣微晶玻璃的成核及晶化過程.利用DSC測試來確定基礎玻璃的晶化溫度,并利用修正的Johnson-Mehl-Avrami(J/VIA)方法初步計算以鎳渣為主要原料所制備的基礎玻璃在加入質量分數2%的Cr<sub<2</sub<O<sub<3</sub<作為晶核劑后的結晶活化能<i<E</i<及結晶動力學參數<i<k</i<(<i<T</i<<sub<p</sub<),計算結果分別為<i<E</i<=371.1kJ·mol<sup<-1</sup<,結晶動力學參數<i<k</i<(<i<T</i<<sub<p</sub<)=0.29.采用XRD、SEM和光學顯微鏡測試、分析及觀察方法來鑒定、分析微晶玻璃試樣的主晶相及微觀結構.結果顯示,加入晶核劑的基礎玻璃從930℃開始均勻地析出透輝石相晶體;隨著溫度的升高,晶體尺寸也逐漸增大,在溫度達到950℃后,對樣品進行30min保溫熱處理,樣品中晶體尺寸達到10~15μm.

工程科學學報. 2007 29(2): 168-172.

鈦酸四丁酯引發聚己內酯接枝改性淀粉的制備

以玉米淀粉和己內酯單體為原料,以鈦酸四丁酯為催化劑,通過原位開環聚合制備聚己內酯接枝改性淀粉,并利用紅外光譜和差熱掃描對接枝改性淀粉和玉米淀粉進行了比較.進而制備了接枝改性淀粉和聚己內酯的共混材料,并對共混材料的力學性能、疏水性和界面性能進行評價.結果表明,對淀粉進行接枝改性后能夠有效改善共混材料兩相的相容性,且共混材料的力學性能有所提高.共混材料的疏水性得到改善,吸水前后材料力學性能變化不大.

工程科學學報. 2007 29(2): 173-177.

B<sub<4</sub<C改性酚醛樹脂對Si<sub<3</sub<N<sub<4</sub<的高溫粘接性能

以酚醛樹脂為基體,加入B<sub<4</sub<C作為改性填料制備出高溫粘結劑,并對Si<sub<3</sub<N<sub<4</sub<陶瓷進行粘接。在300~800℃溫度范圍內對Si<sub<3</sub<N<sub<4</sub<陶瓷粘接試樣進行熱處理,并測試了不同溫度熱處理后的室溫剪切強度。結果表明,經過700~800℃熱處理后,粘結劑表現出較為理想的粘接性能,剪切強度測試結果為Si<sub<3</sub<N<sub<4</sub<陶瓷基體破壞。利用掃描電鏡研究了粘接試樣的斷面形貌及膠層結構特征。研究表明,在高溫熱處理過程中,B<sub<4</sub<C改性填料發生了復雜的物理、化學變化,通過B<sub<4</sub<C與樹脂揮發分之間的改性反應,有效提高了酚醛樹脂熱解后的殘炭值,進而改善了粘接膠層結構的高溫穩定性;纖維狀物質的形成與B<sub<2</sub<O<sub<3</sub<顆粒的細化,有助于提高粘接膠層的連接強度。

工程科學學報. 2007 29(2): 178-181.

晶須表面改性及其填充聚醚醚酮摩擦學行為

利用溶膠-凝膠(sol-gel)、氟表面活性劑(FSO)和鈦酸酯偶聯劑(NDZ-102)等對鈦酸鉀晶須(PTW)進行了表面改性,對比了改性后水接觸角的變化,考察了干摩擦條件下PTW改性對聚醚醚酮(PEEK)復合材料摩擦磨損性能的影響.利用SEM和光學顯微鏡觀察了磨損面和對偶面轉移膜形貌,并分析了其磨損機理.實驗結果表明:改性后PTW的水接觸角均有不同程度的提高,FSO改性得最高;改性后PEEK復合材料的摩擦因數均降低,在各載荷下FSO和溶膠-凝膠改性PTW后PEEK復合材料耐磨性明顯優于未改性的,300N載荷下較未改性的分別提高2.64和2.11倍;但是NDZ-102改性卻降低了復合材料的耐磨性.

工程科學學報. 2007 29(2): 182-185,192.

半結晶性聚合物熔體冷卻過程雙尺度模擬

聚合物的結晶受溫度及溫度歷史影響較大,同時發生結晶又會對聚合物材料溫度場產生影響.為了準確模擬冷卻過程中溫度場和結晶情況,將半結晶性聚合物熔體冷卻過程及其結晶過程耦合起來分析,把宏觀溫度場結果作為介觀模擬的輸入,再把介觀模擬的球晶生長情況作為宏觀溫度場模擬的輸入,可同時得到宏觀與介觀二個尺度的模擬結果.由于該耦合建立在一定的物理基礎上,模擬得到的結果較為合理.

工程科學學報. 2007 29(2): 186-192.

新型膠原支架材料的結構特征與性能

為了克服豬脫細胞真皮基質作為組織工程支架材料滲透性差、降解速度過慢、免疫原性較強等缺點,采用多種化學、生物與物理綜合方法處理豬皮制備了一種新型天然膠原支架材料,通過光學顯微鏡、掃描電鏡觀察以及體外降解時間、透水汽性、拉伸強度、孔隙率、收縮溫度等的測定,對其性能進行了研究.實驗結果顯示:支架中的成纖維細胞、脂肪細胞及組織纖維間質完全去除,膠原纖維得到了松散,并維持其原有的天然三維網絡多孔結構;該材料透水汽性處于3000g·m<sup<-2</sup<·d<sup<-1</sup<左右,適合創面恢復;體外降解時間處于25~50h之間,并可根據需要調整工藝條件控制降解時間;拉伸強度介于10.20~11.50MPa之間,具有良好的拉伸強度;收縮溫度介于70~85℃之間.上述結果表明該材料已解決了豬脫細胞真皮基質滲透性差、降解速度過慢的缺點,并且其透氣性和拉伸強度高、降解性優良且可控,符合組織工程支架材料的要求.

工程科學學報. 2007 29(2): 193-197.

高性能堿土耐熱鎂合金的顯微組織和蠕變性能

利用光學顯微鏡(OM),掃描電鏡(SEM)及透射電鏡(TEM)系統研究了堿土元素Sr和Ca加入Mg-4Al基合金后的顯微組織,并測試了其抗蠕變性能.實驗合金的鑄態組織均由α-Mg和沿枝晶界分布的第二相組成.2%Sr加入基體合金中能觀察到沿晶界的離異共晶和層片共晶Al<sub<4</sub<Sr相及塊狀三元τ相.2%Ca的加入則形成了晶界層片Mg<sub<2</sub<Ca共晶和晶內的Al<sub<2</sub<Ca顆粒.而在Mg-4Al-2Sr-1Ca中,晶界相為塊狀τ相和層片狀Mg<sub<2</sub<Ca共晶,晶內也析出Al<sub<2</sub<Ca顆粒.在Mg-4Al-2Sr-1Ca基礎上提高Al含量,粗大不規則共晶(Mg,Al)<sub<2</sub<Ca相在晶界處形成并不斷增多,Mg<sub<2</sub<Ca及τ相逐漸減少,當Al含量到7%時,出現了新的細小層片狀Al<sub<4</sub<Sr相.Sr、Ca元素加入Mg-Al合金,改善了合金的抗蠕變性能,其中Mg-5Al-2Sr-1Ca和Mg-6Al-2Sr-1Ca合金顯示所有實驗合金中最好的蠕變抗力.根據Power-law公式,在175℃/50~80MPa和70MPa/150~200℃蠕變下,Mg-4Al-2Sr合金在較低應力(<60MPa)下蠕變表現為擴散控制的位錯攀移機制,而在高應力下出現Power-law公式的失效;Mg-4Al-2Sr-1Ca合金蠕變則受到了擴散控制的位錯機制和晶界滑移機制的共同作用.

工程科學學報. 2007 29(2): 198-204.

激光區熔定向凝固Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub</YAG/ZrO<sub<2</sub<共晶自生復合陶瓷的顯微組織與斷裂韌性

采用激光區熔定向凝固技術制備Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub</YAG/ZrO<sub<2</sub<共晶自生復合陶瓷,研究其在超高溫度梯度、不同激光工藝條件下的快速凝固組織特征及其相互影響,并對其力學性能以及增韌機制進行了分析.研究結果表明:(1)激光區熔定向凝固Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub</YAG/ZrO<sub<2</sub<共晶由α-Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<、YAG以及ZrO<sub<2</sub<三相組成,不存在其他相以及相間晶團.各相均勻連續分布,耦合生長,呈網狀結構,是典型的快速凝固層片狀非規則共晶組織.(2)在一定的激光功率密度下,共晶間距隨掃描速度的增大急劇減小,最小間距僅為0.2~0.3μm.(3)Y<sub<2</sub<O<sub<3</sub<在ZrO<sub<2</sub<中具有一定的固溶度,固溶程度不同時,ZrO<sub<2</sub<呈現不同的形貌.(4)定向凝固Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub</YAG/ZrO<sub<2</sub<共晶陶瓷的硬度高達18.67GPa,室溫斷裂韌性為8.0MPa·m<sup<1/2</sup<.第三組元ZrO<sub<2</sub<的加入、相的小尺寸效應以及裂紋分叉是韌性增強的主要原因.

工程科學學報. 2007 29(2): 205-210.

Cu-Ag合金中析出相界面結構及其對合金性能的影響

采用真空感應熔煉法制備Cu-6%Ag和Cu-24%Ag,并進行退火和時效處理,觀察了合金中析出相與基體的位向關系及界面結構,分析了析出相對合金強化和導電特性的影響.析出相與Cu基體之間具有(100)<sub<Cu</sub<//(100)<sub<Ag</sub<及〈110〉<sub<Cu</sub<//〈110〉<sub<Ag</sub<位向關系,存在半共格界面,在(111)面上平均每隔9個晶面間距出現一個刃型位錯以協調點陣錯配.析出相與Cu基體這種特定的位向關系及界面結構能有效地阻礙基體中位錯的運動,在產生析出相強化作用的同時幾乎不影響合金的電傳導行為.隨Cu-6%Ag時效時間的延長,析出相數量增多,合金硬度顯著上升而電阻率持續下降.時效過程中析出相數量、形態及界面結構是導致合金力學和電學性能變化的主要原因.

工程科學學報. 2007 29(2): 211-215.

航空Al-Cu-Mg合金剝落腐蝕行為

采用TEM、電化學等分析方法和手段,對在剝落腐蝕溶液中浸泡不同時間的Al-Cu-Mg合金的剝蝕敏感性及電化學阻抗(EIS)進行研究,分析剝落腐蝕的動力學過程.實驗結果表明,2524-T4態合金具有良好的耐剝落腐蝕性能,高Cu含量的第二相粒子是影響合金剝蝕行為的主要因素,合金浸泡2d后才可見明顯的點蝕,浸泡4d后局部出現剝蝕現象.根據EIS及EIS等效電路的擬合分析合金的剝蝕行為,發現其動力學過程主要由點蝕的誘導形成、點蝕發展及輕微的剝蝕形成三個階段組成,而腐蝕的界面反應依次經歷氧化膜的溶解、表面腐蝕產物的形成、吸附及脫落的一系列過程.

工程科學學報. 2007 29(2): 216-219.

金屬陶瓷在高溫下的變形規律

論述隔熱技術在軍用裝甲車輛上的應用意義,分析發動機燃燒室應用隔熱技術存在的困難和關鍵問題.采用類比實驗的方法,應用金屬半固態加工理論和材料屬性的研究方法,通過對金屬陶瓷(以TiC-Ni為例)進行熱模擬實驗,研究金屬陶瓷在高溫下的變形規律和性能,從而探索性地研究陶瓷在高溫下的破壞機理.實驗和研究表明:基于經典彈塑性及蠕變理論的本構方程,非彈性應變在高溫下其本質上是時間相關的.非彈性變形是由一單一的機理控制,宜用統一的方法,即把塑性及蠕變相聯系起來的彈粘塑性本構方程來處理.根據熱模擬實驗數據,采用多元回歸的方法擬合出反映某金屬陶瓷在高溫下變形性能的數學模型,最后應用數理統計的方法對建立的數學模型進行檢驗,結果表明建立的模型是合理的.

工程科學學報. 2007 29(2): 220-225.

二維編織復合材料幾何結構的平面群分析

由10個平面點群與5個平面點陣組合,推導出與二維編織復合材料幾何結構有密切關系的17個平面群.敘述了二維編織復合材料紗線段的點符號簡化方法及其組合、交叉原則,以及由點符號組成的無對稱單元、基本對稱單元構建的方法.闡述了從無對稱單元到基本對稱單元最終形成編織織物的過程.將二維編織織物分為4種編織系,每種編織系包括若干個平面群,每個平面群對應一類編織結構,每類結構包括一種或幾種編織形式,交織方法類似.舉例說明了多數平面群可能對應的編織幾何結構.

工程科學學報. 2007 29(2): 226-231,246.

MnS夾雜對鋼中氫擴散行為的影響

通過實驗和有限元計算研究了MnS夾雜對鋼中氫擴散行為的影響.結果表明:當MnS夾雜長度取向與氫滲透方向平行時,氫在鋼中的表觀擴散系數隨MnS含量的增加而增加;當MnS夾雜長度取向與氫滲透方向垂直時,氫在鋼中的表觀擴散系數隨MnS含量的增加而降低.對于具有擴散通道效應和陷阱效應的第二相,它對氫擴散的影響取決于擴散通道效應和陷阱效應的強弱以及第二相的形狀、數量和取向.

工程科學學報. 2007 29(2): 232-236.

新型718合金680℃力學性能與長時時效組織變化

利用SEM和TEM研究了一種新型718合金在680℃長期時效至1000h后的組織變化.結果表明:標準合金的主要強化相為γ″,而新合金的主要強化相中除γ″外,γ'的質量分數大幅度增加,呈現出特殊的包覆組織形貌;在長時時效過程中,新型合金具有良好的組織穩定性.新型合金與標準合金的晶界δ相形貌也不盡相同,新合金中為均勻的短棒狀或顆粒狀,標準合金中為針狀或板條狀.兩種合金的室溫和680℃拉伸性能無顯著差別,但新型合金的持久和蠕變性能遠優于標準合金.與標準合金相比,新合金在680℃具有良好的力學性能與組織穩定性.

工程科學學報. 2007 29(2): 237-241.

以原子半徑和電負性預測玻璃形成能力

提出了一個基于合金組元原子半徑和電負性判斷非晶形成能力的方法.建立了原子半徑差與電負性差之比Δ<i<d</i</Δ<i<e</i<與臨界冷卻速度<i<R</i<<sub<c</sub<的數值模型,并在所有五種不同合金系中獲得一致且開口向上的拋物線關系.在此基礎上,設計并制備了四種不同成分的Zr-Al-Ni-Cu金屬玻璃,并測量它們的臨界尺寸<i<Z</i<<sub<max</sub<、過冷液相區間Δ<i<T</i<<sub<x</sub<和約化玻璃轉變溫度<i<T</i<<sub<rg</sub<.結果表明,Zr<sub<54</sub<Al<sub<13</sub<Ni<sub<15</sub<Cu<sub<18</sub<的玻璃形成能力最佳,而且用Δ<i<d</i</Δ<i<e</i<模型預測的四種金屬玻璃的玻璃形成能力順序與所有實測參數(包括<i<Z</i<<sub<max</sub<、Δ<i<T</i<<sub<x</sub<和<i<T</i<<sub<rg</sub<)表征的順序基本一致.因此,用Δ<i<d</i</Δ<i<e</i<的預測方法比較同一合金系內不同合金之間玻璃形成能力的優劣是可靠的.

工程科學學報. 2007 29(2): 242-246.