分类： 材料科学 >> 电子、光学、磁材料 提交时间： 2023-08-23 合作期刊: 《中国科学院院刊》
摘要：“镓体系”半导体材料具有高效光电转换效率和光谱覆盖广的突出优点，是助力实现光电子信息产业 突破的关键基础材料。为抢占“镓体系”半导体科技制高点，文章在分析“镓体系”半导体科技的战略意 义、重大需求和国内外发展态势基础上，从建制化科研组织、基础研究、自主可控的平台建设等方面对我国 发展“镓体系”半导体科技提出了政策建议。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-08-14
摘要：作为一种新型的建筑材料，泡沫混凝土因其密度小，保温、隔热、隔音且防火性能好的特点以及在利废性、使用成本等方面的优势，于我国墙体材料与建筑节能等方面的战略政策规划上，起到了越来越重大的作用。本文介绍了泡沫混凝土的组成及其应用，并总结了在现实使用时合适的配合比设计，对比了国内外泡沫混凝土发展情况，提出了泡沫混凝土目前应用上的问题，在此基础上作出相关展望，并以个人视角提出泡沫混凝土的一些新应用。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：通过拉伸实验, 并利用OM, SEM, TEM观察以及EBSD测试手段, 研究了不同热加工工艺对Al-Mg-Si-Cu系合金板材力学性能和组织, 包括织构的影响规律. 结果表明, 热加工工艺的变化对T4P预时效态合金的强度和应变硬化指数n 基本无影响, 但是对平均塑性应变比r, 平面各向异性度Δr 以及不同方向延伸率影响显著; 热轧之后首先进行一定量的冷轧变形然后再进行退火处理获得的合金板材(工艺II)较热轧后直接进行退火处理(工艺I)获得的合金板材在固溶之后的成形性能要好, r 可达0.6187, 同时各向异性明显减小; 虽然工艺I 处理的合金板材固溶过程中PSN效应显著, 但是工艺II 固溶处理前的冷轧变形量和不同尺寸粒子分布情况设计合理, 再结晶晶粒基本呈等轴状, 且仅含有强度较低的CubeND, Cube 和H织构.并根据热加工工艺对合金板材显微组织的影响规律, 提出该系合金随热加工工艺进行的组织演化模型示意图.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：分别采用Zn-15Al, Zn-22Al, Zn-28Al, Zn-37Al 和Zn-45Al 钎料钎焊获得Cu/Al 接头. 利用SEM, EDS和XRD研究了Zn-Al钎料成分对Cu/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构的影响, 并系统阐述了Zn-Al钎料成分-接头界面结构-接头抗剪切强度之间的关系. 研究发现, Cu/Zn-15Al/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7, 且Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层较薄, 其厚度为2~3 μm, 接头具有较高的抗剪切强度, 达66.3 MPa. 随着钎料中Al含量的提高, 在Cu/Zn-22Al/Al接头界面处Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层的厚度逐渐增大, 甚至在Cu/Zn-28Al/Al接头的Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层附近出现少量的CuAl2, 接头的抗剪切强度逐渐降低. 当采用Al含量较高的Zn-37Al钎料钎焊Cu/Al接头时, Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7/CuAl2; 脆性CuAl2层的出现, 使接头抗剪切强度大幅下降, 为34.5 MPa. 当采用Al 含量最高的Zn-45Al 钎料钎焊Cu/Al 接头时, Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/CuAl2, 接头抗剪切强度最低, 为31.6 MPa.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：运用分子动力学方法, 探究bcc-W在中子辐照初期, 由辐照诱发的缺陷形成和演化的微观过程的原子机制. 选取初始碰撞原子(PKA)能量1.0~25.0 keV, 模拟温度范围100~900 K, 研究W中位移级联产生的缺陷数量及分布, PKA方向和温度对稳定Frenkel pairs 数的影响, 缺陷团簇以及W的离位阈能. 结果表明, 若级联诱发的缺陷在峰值阶段呈近球形密集分布, 稳定阶段Frenkel pairs 数相对较少, 若缺陷呈非球形相对分散分布, 稳定阶段Frenkel pairs 数相对较多; 稳定Frenkelpairs 数受PKA方向的影响不大, 且随温度升高有下降趋势; 比较而言, 间隙原子团簇分数比空位团簇分数高, 而空位团簇倾向于形成较大的团簇;W的平均离位阈能受温度影响较小, 并具有一定的各向异性.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)实现了2 mm厚TC4 钛合金连接, 结合数值模拟结果研究了温度分布对焊缝沿厚度方向显微组织特征和接头力学性能的影响规律. 结果表明, 当焊接速率为50 mm/min 且转速为300 r/min 时, 靠近焊缝表面的材料温度峰值超过b 相变温度. 随着到焊缝表面距离的增加温度峰值逐渐变小, 靠近焊缝底部的材料未超过b 相变温度. 在温度峰值超过b 相变的焊缝区域, 显微组织是由初生a 相、板条状a 相和剩余转变b 相组成, 且焊缝内部的板条状a 相尺寸大于近表面区域. 焊缝底部受到动态再结晶作用, 呈现尺寸较小的a 和b 双相组织, 且b 相在a 相基体上分布更均匀. 当转速提高到350 r/min 时, 沿焊缝厚度方向上的超过b 相变温度的区域变宽, 板条状a 相所占面积和尺寸增大, 组织中出现板条状a 相丛. 取向不同的板条状a 相散乱分布于组织中, 阻碍裂纹扩展, 利于接头的抗拉强度.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：研究了连续柱状晶组织CuNi10Fe1Mn合金板试样沿平行柱状晶生长方向(SD)和垂直柱状晶生长方向(PD)拉伸时的力学性能和变形行为, 讨论了连续柱状晶组织各向异性对合金力学性能和变形行为的影响. 研究结果表明: 试样沿SD和PD均具有[100]择优取向, 但沿SD所有晶粒的取向均分布于[100]附近, 平均Taylor 因子m值约为2.17, 而沿PD部分晶粒的取向分散于[001]-[011]之间, 具有一定的取向分散性, m值约为2.93. 低取向分散性、无横向晶界约束等组织特征使试样沿SD变形时应力分布均匀, 各晶粒沿拉伸方向变形一致, 屈服强度和抗拉强度分别为85 和215 MPa, 断后伸长率达到42%,具有典型韧性断口; 由于存在一定的取向分散性和横向晶界, 使得PD试样变形时出现明显的晶界应力集中和表面凹凸起伏, 屈服强度明显增加, 为115 MPa, 断后伸长率下降至36%, 具有混合型断口. 连续柱状晶组织CuNi10Fe1Mn合金的晶粒取向和晶界分布的各向异性是造成变形行为各向异性的原因.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：采用二元合金晶体相场模型模拟研究了Sn/Cu 互连体系Cu/Cu3Sn 界面及金属间化合物层中Kirkendall 空洞形成和形貌演化及长大过程, 对Kirkendall 空洞生长的微观机制进行了剖析, 同时还模拟和分析了界面Cu3Sn层厚度和杂质含量对Kirkendall 空洞形貌和生长动力学的影响. 研究表明, Kirkendall 空洞的生长过程由4 个阶段组成: Cu/Cu3Sn界面形成大量原子错配区, 原子错配区迅速成长为空洞, 空洞的长大及随后的空洞合并生长. Kirkendall 空洞优先在Cu/Cu3Sn 界面处形核,其尺寸随时效时间的延长而增大, 并在时效后期空洞的生长伴随有空洞的合并. Cu3Sn 层厚度增加和杂质含量增多均使得Kirkendall空洞数量和生长指数增加以及尺寸增大, 并且2种情况下空洞数量随时间的变化均呈现先增后减的规律.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：采用Fe-3%Si 电工钢铸坯中长轴平行于轧向的不同数量柱状晶进行了冷变形及再结晶退火, 采用EBSD分析技术对柱状晶织构的转变行为进行了研究. 结果表明, 原始柱状晶为立方取向的单柱状晶时, 大压下率一次冷轧及再结晶退火不利于立方织构的保留; 小压下率二次冷轧及再结晶退火会形成强立方织构, 该立方织构强烈阻碍Goss 晶粒的异常长大;原始柱状晶为立方和Goss 位向的双柱状晶时, 大压下率冷轧条件下, Goss 取向快速转向{111}<112>而有效地保留了立方取向, Goss 和立方取向柱状晶之间的晶界没有强的交互作用; 原始柱状晶为多种位向的多柱状晶时, 柱状晶晶界能促进g 织构及减少立方织构, 有利于Goss 晶粒异常长大.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：利用自制的小型拉伸装置对淬火+回火热处理后的ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢试样进行单轴拉伸变形, 使用同步辐射高能X射线衍射技术对钢中逆变奥氏体力学稳定性和相变诱导塑性(transformation induced plastic, TRIP)进行原位研究. 结果表明, 随着拉伸应力的增加, 逆变奥氏体衍射峰积分强度逐渐减弱, 逆变奥氏体在变形过程中逐步发生了形变诱导马氏体相变. 利用Rietveld 全谱精修拟合方法对不同应力状态下的逆变奥氏体相分数进行定量分析, 发现逆变奥氏体的形变诱导马氏体相变开始于材料的宏观弹性阶段, 并持续至整个塑性变形阶段. 通过比较分析不同热处理工艺下逆变奥氏体的形变诱导相变过程和材料的加工硬化行为发现, 逆变奥氏体的形变诱导相变的出现增加了马氏体基体的位错密度, 导致材料加工硬化指数的提高, 有效提高了材料的塑性.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：建立了Ti6Al4V合金铸件/铸型界面换热系数(h)的一维反算模型, 从数学及数值模拟的角度研究了型壳热物性参数和热电偶定位等参数对h 计算的影响, 分析了不同参数影响的不同特点, 据此对型壳热物性参数和热电偶定位位置等进行了修正, 提高了h 反算精度. 修正计算参数后的反算结果表明, Ti6Al4V合金熔模铸造条件下, h 的变化可分为4 个阶段: (1)铸件为液态, h 维持约440 W/(m2·K); (2) 铸件表面生成完整凝固层, 此阶段h 下降近60%; (3) 凝固层不断增厚至铸件凝固,此阶段h 下降接近峰值的20%; (4) 铸件凝固后, h 随温度缓慢下降. 在三维模型中对反算得到的h 进行了验证, 得到的模拟温度与实测温度基本吻合, 表明反算得到的h 较为准确, 可以应用于Ti6Al4V合金熔模铸造过程的数值模拟中.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：应用扫描电化学显微镜的产生/收集和反馈模式, 研究纯Mg在NaCl和Na2SO4溶液中腐蚀过程中的微区(点、线、面)析氢行为和活性点的演变过程. 实验结果显示, 无论在NaCl 还是Na2SO4溶液中, 阴极极化和阳极极化均促进析氢, 与传统集气法获得的纯Mg腐蚀过程存在负差数效应一致, 但析氢速率在微区范围内波动加大, 不稳定, 且与极化程度有关. 析氢速率随NaCl 浓度增加而增加, 但随Na2SO4浓度增加而减少. NaCl 浓度增大、pH值降低、阳极极化有利于Mg表面活性点的产生.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：采用干/湿交替腐蚀增重模拟实验、XRD以及EIS 等方法, 研究了模拟工业-海岸大气中pH值变化对Q235B钢腐蚀行为的影响. 结果表明, 当SO2浓度较低时, pH值变化对Q235B钢腐蚀速率的影响不明显; 当SO2浓度较高时, pH值变化对Q235B钢腐蚀速率的影响存在极值现象, 即: 当pH 值处于“较高”和“较低”之间某一值时, Q235B钢的腐蚀速率达到极大值. 当模拟工业-海岸大气中SO2浓度一定时, pH值变化对Q235B钢表面锈层相组成的影响不明显. 分析表明, 模拟工业-海岸大气环境中SO2的存在一定程度上抑制了b-FeOOH的形成. 随着SO2浓度的升高, 锈层中b-FeOOH和g-FeOOH的相对含量在减少, g-FeOOH可能发生了向Fe3O4的还原或向a-FeOOH的相变转化. 随着腐蚀时间的延长, 锈层相组成的演化呈现出相似的规律. 此外, 当模拟工业-海岸大气中SO2浓度较低时, Q235B钢腐蚀主要遵循Cl−的循环机制, 改变pH值对钢腐蚀行为的影响不明显; SO2浓度较高时, Q235B钢腐蚀初期主要遵循Cl−的循环机制, 随着腐蚀时间的延长, SO2对腐蚀的影响逐渐显著, 并以H2SO4再生循环的方式加速钢的腐蚀.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：依据团簇+连接原子模型设计具有高玻璃形成能力的Fe-B-Si-Ta 软磁块体非晶合金, 以共晶点Fe83B17对应的共晶相Fe2B为基础, 根据最大径向原子数密度和孤立度原则, 得到以B为心的[B-B2Fe8]主团簇, 结合理想非晶合金团簇式的电子浓度判据, 构建出Fe-B二元非晶合金的理想团簇式[B-B2Fe8]Fe. 为提升Fe-B二元合金的非晶形成能力, 选择与Fe 具有较大负混合焓的Si 替代[B-B2Fe8]团簇的中心原子B, 得到Fe-B-Si 三元非晶合金的理想团簇式[Si-B2Fe8]Fe. 由于Ta 与B和Si 间具有较大的负混合焓, 进一步以Ta 替代[Si-B2Fe8]Fe 团簇式中壳层位置的Fe 原子, 设计出[Si-B2Fe8-xTax]Fe 四元非晶系列成分. 结果表明, [Si-B2Fe8-xTax]Fe 在x=0.4~0.7 成分处均可形成直径为1.0 mm的非晶合金棒. 其中, [Si-B2Fe7.4Ta0.6]Fe 合金的非晶形成能力最佳, 其非晶样品的约化玻璃转变温度Trg 为0.584, 玻璃转变温度Tg 为856 K, 过冷液相区宽度ΔTx 达33 K.[Si-B2Fe8-xTax]Fe (x=0.4~0.7) 块体非晶合金的Vickers 硬度Hv 随Ta 的添加从1117 HV (x=0.4) 上升到1154 HV (x=0.7).[Si-B2Fe7.6Ta0.4]Fe 非晶合金具有良好的室温软磁性能, 其饱和磁化强度Bs为1.37 T, 矫顽力Hc为3.0 A/m.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：采用焊接热模拟技术制备了X80 管线钢焊接接头热影响区不同亚区的试样, 通过高压含氢煤制气环境下的氢渗透实验考察了X80 钢及热影响区中的氢渗透行为, 并计算了相应的氢渗透参数. 结果发现, 与X80 钢相比, 热影响区的氢扩散系数有了不同程度的增加, 且随峰值温度的升高而增加, 吸附氢浓度、氢溶解度和氢陷阱密度则呈现了相反的规律. 结合显微组织分析发现, 大角度晶界含量、位错密度和晶界平直度为影响氢渗透参数的主要因素. 过热粗晶区具有最高的氢扩散系数, 主要是由于该区峰值温度最高, 奥氏体晶粒发生严重长大, 晶界平直度增加, 冷却后生成了粗大的贝氏体铁素体, 大角度晶界含量显著减少, 位错密度较X80 钢也有所降低, 对氢的捕获作用减弱.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：改进了前期工作建立的多相元胞自动机(multi-phase cellular automaton, MCA)模型, 模拟以离异共晶方式凝固的球墨铸铁的显微组织演化. 在模型中采用局部溶质平衡法计算石墨和奥氏体的生长动力学, 并在石墨的生长模型中考虑石墨与Fe 的密度比. 该模型可以模拟出与实验观测相符合的显微组织形貌. 应用该模型模拟分析了石墨与奥氏体的相互作用和竞争生长机制, 讨论了冷却速率对凝固结束时石墨球大小和尺寸分布的影响, 将模拟结果与实验结果进行了比较. 结果表明: 奥氏体的析出促进邻近石墨在液相中的生长; 奥氏体和石墨两相的生长受C 扩散控制; 当石墨被奥氏体包围后,生长速度减慢. 此外, 随着冷却速率的增大, 凝固时间缩短, 石墨球平均半径减小, 不同冷速条件下石墨球尺寸分布的变化规律与实验结果吻合较好.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：针对铝合金砂型铸造较低冷速特点, 通过实测和分析不同凝固条件下的冷却曲线, 建立了适用于铝合金形核密度随最大形核过冷度呈指数性变化的形核函数. 通过与Pandat 软件热力学、动力学、平衡相图数据库相耦合, 并利用空间坐标变化等算法, 建立了适用于三元铝合金二维、三维枝晶生长的CA模型. 在该模型中, 同时考虑了溶质扩散、成分过冷、曲率过冷、晶体择优取向以及不同组元之间相互作用等重要因素的影响. 利用建立的形核和生长模型, 模拟了Al-7Si-0.36Mg合金在不同凝固条件下的二维枝晶演化及形貌特征, 描述了溶质组元的分布特征以及定量地预测了二次枝晶臂间距的变化, 并与实验结果进行了对比. 三维枝晶的模拟结果有效反映了枝晶空间结构复杂性和多样性, 并与实验结果吻合良好.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：利用高温度梯度定向凝固-液态金属冷却(LMC)技术制备了重型燃机定向结晶空心高压涡轮叶片, 采用ProCAST有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下, 不同抽拉速率时空心定向结晶叶片凝固过程的温度场、晶粒组织以及一次枝晶间距(PDAS), 预测了抽拉速率对杂晶、雀斑等缺陷的影响. 结果表明, 模拟结果与实验结果吻合良好. 随着抽拉速率增加, 叶片的凝固速率、冷却速率均增加, 远高于高速凝固法(HRS)的凝固速率、冷却速率; 叶片不同部位达到最大纵向温度梯度时的抽拉速率不同, 纵向温度梯度是评价定向工艺的有效方法; LMC工艺制备的燃机叶片消除了雀斑缺陷, PDAS远小于HRS工艺.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：利用MgO部分稳定的ZrO2固体电解质管集成构建Pt, O2(air)|ZrO2作参比电极的可控氧流电解池, 采用循环伏安、方波伏安、计时电位、恒电位电解等电化学测试技术研究了1673 K高温下SiO2-CaO-MgO-Al2O3熔渣中Ni2+的电化学行为. 结果表明, O2-在熔渣中的扩散和在ZrO2固体电解质内的电迁移不是熔渣中电活性物质还原的限制性环节, 在本实验条件下利用构建的可控氧流电解池研究熔渣中Ni2+的电化学行为是可行的. 熔渣中Ni2+在Ir 电极上还原到Ni 是受扩散控制的一步还原的可逆过程, 利用循环伏安和计时电位测试技术所得数据计算得出了含有3%NiO的熔渣中Ni2+的扩散系数分别为(3.50±0.18)×10-6和(2.80±0.22)×10-6 cm2/s, 与相关文献结果基本吻合.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要：采用热膨胀实验研究了等温温度对Nb-Ti 微合金钢组织、性能及析出行为的影响规律, 利用TEM对不同温度等温后试样的析出行为进行观察和分析. 结果表明, 不同温度等温后试样中均可观察到相间析出碳化物, 且降低等温温度可显著细化相间析出碳化物所在面面间距、相间析出碳化物所在面内析出物间距及相间析出碳化物尺寸. 具有层状分布特征的相间析出碳化物所在面呈现弯曲和平直2 种形态, 其中平直型相间析出碳化物所在面平行于铁素体的{011}, {012}, {013}和{035}面. 经HRTEM确定相间析出碳化物具有NaCl 型晶体结构, 晶格常数为0.434 nm, 且与铁素体基体符合Baker-Nutting(B-N)关系, 经EDS分析确定相间析出碳化物为(Nb, Ti)C. 利用Orowan机制对析出强化量进行估算, 结果表明不同等温温度下析出强化量均大于300 MPa.
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