多晶材料散射模型及识别实验研究

超声波识别在国防、军事、航空航天、核设施等高科技领域具有重要的应用价值.利用超声波可以实现对个体金属材料的识别,但现有研究侧重于识别材料超声信号差异的算法,缺乏识别机理.本文以2A12铝合金为例,利用6个晶粒在尺寸、形状、排布方向以及排列顺序不同时,建立了10个2A12铝合金微结构的初级模型,以此类比多晶金属材料的复杂微观结构.利用Comsol有限元软件仿真计算了金属材料不同微观结构中的超声波时域信号,并将回波信号中的的背向散射信号提取为超声指纹.定义了特征差异Q,量化了具有不同微结构的散射模型间的超声指纹的差异.结果表明,微观结构的细微变化也会导致超声信号出现差异,其中晶粒尺寸的变化对信号的影响更为显著.随后提出了超声识别算法,并对4块形状完全一致的2A12铝合金样品进行了识别实验.识别结果表明,利用超声指纹可以准确识别出目标样品,且各样品间的超声指纹有显著区别.最后对样品进行了扫描电子显微镜实验,所得电子显微镜图片显示了各样品真实微观结构的形貌与差异,证实了所建立的超声散射模型的有效性.

无压烧结SiC-金刚石多晶材料致密化及物理性能研究

以AlN-Y_(2)O_(3)-Sc2O3为液相烧结助剂,添加不同质量分数金刚石,经无压烧结制备SiC-金刚石多晶材料。采用扫描电镜观察多晶材料显微结构,利用激光闪射法测量其热扩散系数和热导率。研究了金刚石质量分数(1.0%、2.5%、5.0%)和粒度(0.25μm、1.00μm)对SiC陶瓷材料致密化行为和力学性能的影响。结果表明,金刚石质量分数低于5.0%,烧结后的材料相对密度均超过94%;金刚石含量为5.0%的样品相对密度远远低于其他样品。SiC多晶材料的相对密度随金刚石添加量的增加而降低,原料中添加过量的金刚石会降低材料的相对密度。在实验条件下,多晶材料晶粒尺寸没有发生异常长大,硬度为16~18 GPa,断裂韧性为3.8~4.4 MPa·m^(1/2),抗弯强度为239~540 MPa。材料的热导率和热扩散系数随着温度的升高而降低,气孔是影响复合材料热导率的主要因素。

多晶材料NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)的合成与性能

在未来储能市场和低速车领域,钠离子电池前景广泛,正极材料的选择很关键。采用共沉淀法并结合高温烧结制备层状氧化物NaNi_(1/3)Fe_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(NFM333),借助XRD、SEM和恒流充放电等方法,分析NFM333材料的结构、形貌和电化学性能。NFM333材料为典型的O3结构,呈现多晶特征,作为钠离子电池正极具有较高的比容量、良好的倍率性能和稳定的循环性能。材料以0.3C在2.0~4.0 V充放电,-20℃、-30℃和-40℃下的放电比容量分别为20℃下的85.55%、72.88%和45.19%。循环伏安(CV)测试发现,较好的电化学性能归因于较高的离子扩散速率和良好的离子迁移动力学。

多晶材料晶粒生长的Monte Carlo计算机模拟方法 Ⅱ 模拟异常晶粒生长

晶粒生长的显微结构的演化是一种受诸多因素影响的复杂过程。前文已简述模拟二维正常晶粒生长所采用的基本蒙特卡罗（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）方法。异常晶粒生长的最直接原因是总体系能的改变。而导致体系能变化的因素很多。本文在重点分析由于晶界能和迁移率的各向异性引起体系能量变化的基础上，介绍模拟异常晶粒生长的基本方法，为解决如何将实际生长环境复杂性引入生长模型中及如何进一步模拟生长的问题提供重要思路。

3Y—TZP多晶材料密度、断裂相变与力学性能的相互关系

通过对不同密度的Ｙ—ＴＺＰ（钇稳定四方相氧化锆多晶体）材料的力学性能（强度、韧性及硬度）和断裂时相变性能的研究，发现材料的相对密度不仅直接影响其力学性能，而且影响断裂时断口四方相向单斜相的相变量材料密度越高，相交量越大。

多晶材料晶粒生长的Monte Carlo计算机模拟方法 Ⅰ 模拟正常晶粒生长

多晶固体材料的显微结构的演化与诸多因素密切相关，是一复杂的过程。运用适当的计算机方法进行模拟，完成对晶粒生长的完全预测，具有重要意义，且可为材料研究提供新的重要的依据。近年来，一些材料科学研究者运用蒙特卡罗（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）方法模拟二维晶粒生长，已取得了较大进展。本文对他们在模拟正常晶粒生长方面采用的基本方法进行综述。关于模拟异常晶粒生长的情况将在下一篇文章中介绍。

第二相颗粒对多晶材料晶粒生长影响的元胞自动机(CA)模拟

采用Moore型邻域定义的元胞自动机模型模拟研究第二相颗粒对多晶材料晶粒生长的影响。结果表明:第二相颗粒的体积分数及尺寸对基体晶粒组织特征的影响很大;第二相颗粒含量增加可以提高晶粒尺寸分布的均匀性,而颗粒尺寸增大则导致晶粒尺寸分布的均匀性降低。通过对模拟数据的回归分析获得极限晶粒尺寸(D)与颗粒尺寸(d)和颗粒含量(f)之间的关系;不同的颗粒尺寸(d)对应不同的拟合指数(n)。

粗晶纯Al多晶材料的循环形变——Ⅰ.滑移特征

研究了粗大晶粒(直径10mm以上)纯Al多晶材料在循环形变中的滑移行为,与一般的多晶材料(晶粒大小为微米量级)的滑移行为比较有如下特点:(1)在一个晶粒内存在由于不同滑移系统的开动所造成的不同滑移区,可称之谓形变畴或滑移畴;在同一畴区内也可有几个滑移系统同时或先后强烈地操作,在试样表面形成美丽而整齐的滑移图像。(2)对于较大∑值或随机晶界结构,晶界对滑移形变的影响区约在距离晶界50—120μm的范围内。这类晶界往往在疲劳寿命早期就可萌生裂纹。晶界迁移、晶界滑动现象也能经常观察到;对那些低∑值的重位晶界,一般情况下滑移线都能连续地穿越晶界,在晶界区的形变不协调性小,这样的晶界往往不易成为裂纹的萌生地点。(3)三叉晶界的节点抑制了晶界滑动,是形变不协调较大的区域,造成较大的应力集中,尤其三条晶界中的高∑值的或随机的晶界,往往是沿晶开裂的优先部位。

细观非均质性对多晶材料塑性行为的影响

构建晶粒取向随机分布的多晶集合体,采用晶体塑性本构模型,对多晶材料塑性宏观响应与细观结构的关系进行研究．结果表明：多晶材料细观非均质性对材料的宏观力学行为有重要影响；各晶粒之间的相互约束使得等向强化的晶体本构关系在对多晶材料描述时可以模拟 Bauschinger 效应；分析 Bauschinger 效应的机理需综合考虑晶粒之间约束、晶粒的弹性各向异性及不同取向的硬化能力等因素．

一种实验确定多晶材料晶界区弹性模量的方法

基于张应力作用引起的溶质非平衡晶界偏聚理论模型,提出了通过测量张应力引起的溶质非平衡晶界偏聚量,求多晶材料晶界区弹性模量的方法,并借助于Misra的实验结果求得2.6 Ni-Cr-Mo-V钢883 K温度下晶界区的弹性模量为Egb=2.03×109Pa.所得结果与Kluge等理论计算的晶界区弹性模量在数量级上(定性)一致,证实了多晶材料晶界区具有比通常认为的更低的弹性模量.

硒铟镓银多晶材料的合成研究

根据Ag2Se-Ga2Se3赝二元相图,对AgGa1-xInxSe2按同成分点配料,通过机械和温度振荡的方法合成出AgGa1-xInxSe2多晶材料.并对合成的多晶材料进行了XRD测试,与直接法合成的AgGa1-xInxSe多晶材料进行对比.结果表明,改进工艺后合成的AgGa1-xInxSe2多晶材料的图谱与标准PDF卡片相符,表明其是高纯单相的AgGa1-xInxSe2多晶材料.用新方法合成的AgGa1-xInxSe2多晶材料进行单晶生长,获得了完整的AgGa1-xInxSe2单晶体.实验结果表明,机械和温度振荡法是合成高质量AgGa1-xInxSe2多晶材料的一种有效方法.

高纯锗多晶材料的制备

介绍了用国产材料进行锗区熔提纯的制备工艺，借助此工艺已获得净杂质浓度为～１０１０ｃｍ－３量级的多晶材料。

Zn_xFe_(3-x)O_4-α-Fe_2O_3纳米多晶材料中的隧道磁电阻效应与微结构(英文)

在具有纳米绝缘层的多晶锌铁氧体体系中 ,当晶界为α Fe2 O3纳米量级的绝缘层时 ,则构成 (ZnxFe3 xO4) α Fe2 O3非均匀体 ,电子显微分析证实了这种微结构。该体系在 0 5T磁场、4 2K温度下 ,磁电阻效应可达 1 2 80 %,30 0K下为 1 58%

随机晶界分布对铝多晶材料晶间破坏行为的影响

采用二维随机有限元方法研究了准静态拉伸载荷下细观随机不均匀的粗晶粒铝多晶试件晶间破坏的力学行为 .探讨了随机晶界的数量和分布对材料断裂性能的影响 .

多晶材料X射线衍射无标样定量方法

Ｘ射线物相定量的结果对多晶样品的结构和织构十分敏感．一般的Ｘ射线定量方法都需要在样品中添加标样并均匀混合研磨，因而容易引起很大的误差．近年来，无标样Ｘ射线定量方法得到了很大的发展．无标样定量方法克服了一般有标样Ｘ射线定量方法需要混合研磨和手续烦复的缺点．本文总结了三类ｘ射线衍射无标样定量方法：理论参数计算法、全谱图拟合法以及联立方程法．给出了提高各种无标样法定量精度和可靠性的方法．

多晶材料弹性矩阵计算的几何平均模型

在多晶材料弹性常数计算方面最常用的是Hill模型和Kroner模型,但Hill模型所定义的刚度系数和柔度系数相互之间不自洽,计算结果没有明确的物理意义;而Kroner模型计算过程比较复杂,使用不便。利用统计学原理推导得到的几何平均模型,解决了Hill模型计算结果不自洽的问题,并避免了复杂的计算过程。对一些常用材料的计算结果表明几何平均模型与Kroner模型的计算结果非常接近,一般不超过1％,计算结果比较可靠和准确。

La_(1-x)Ca_xMnO_3多晶材料的巨磁阻特性

用传统的电子陶瓷工艺制备了Ｌａ１－ｘＣａｘＭｎＯ３（ｘ＝０．１５，０．３，０．４，０．５，０．６７，０．７）的系列多晶样品，测量了样品的直流电阻率随温度（４３００Ｋ）、磁场的变化（０８Ｔ）．结果表明：ｘ＝０．３的样品具有最好的磁阻效应，ｘ＝０．１５，０６７的样品在测量范围内没有巨磁阻效应，但ｘ＝０．７的样品出现较弱的巨磁阻效应，其金属半导体转变温度为１０５Ｋ．

微观结构下多晶材料的疲劳损伤模型及裂纹的数值模拟方法

考虑多晶材料疲劳行为受晶粒拓扑结构的影响,建立了多晶材料Voronoi镶嵌的有限元微观结构模型,并在Voronoi边界插入内聚力单元模拟晶界特性。在此基础上,基于Abaqus双线性内聚力本构关系,建立了内聚力单元的疲劳累积损伤模型,定义了损伤变量,损伤判据以及损伤规律;通过Abaqus UMAT(User-defined material mechanical behavior)子程序编写了内聚力单元疲劳损伤的数值计算程序,实现了对微观结构下材料滚动接触疲劳裂纹萌生与扩展的行为模拟。以滚子与滚道的接触疲劳分析为例,将数值模拟结果与实测结果相比,表明了该数值仿真方法模拟多晶材料裂纹形成和扩展的有效性。

毫米波用六角铁氧体多晶材料

用普通陶瓷工艺制备了BaAlxFe12 -xO19六角铁氧体多晶材料。随着x的增加 ,饱和磁化强度减小 ,居里温度下降 ,磁晶各向异性场增加。其结果可以通过假设Al3+取代了 2a位和 12k次点阵位上的Fe3+来解释。

由多晶材料得到类单晶衍射数据——介绍晶体衍射最新进展

介绍了苏黎士瑞士联邦工学院的研究者们最近发现的一种由多晶材料得到类单晶衍射数据，从而得到多晶材料晶体结构的方法。他们用这种方法求解了两种未知结构的合成分子筛的准确结构。