玻璃空间电离辐照着色研究

对几种玻璃(K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃)在电离辐照(质子、电子)作用下的光学稳定性进行了系统研究,并以此为基础,通过空间电离辐照在玻璃作用的模拟计算,对这几种玻璃在轨(近地点350 km,远地点425 km,轨道倾角51.6o)光学寿命进行了预测.在该轨道使用10年时,K9-HL玻璃可见光透过率可能出现明显下降,而JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃的可见光透过率保持不变或变化很小.由于绝大多数空间粒子穿透能力小,空间电离辐照仅能造成玻璃表层的着色.因此,长期在轨航天器舷窗可加一防电离辐照层以减少内层玻璃接受的电离辐照量,而该层玻璃可采用石英玻璃.

玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究

空间电离辐照主要由能量连续变化的粒子组成,绝大多数粒子穿透能力小,因此,空间电离辐照对玻璃的着色损伤必然随深度而呈现一种复杂的变化,针对这一现象,并且考虑到玻璃中色心的弛豫消失,本工作建立了一种适用于玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究的方法.以K9-HL玻璃为研究对象,利用空间电离辐照作用在玻璃中随深度变化的Monte Carlo模拟结果,研究了该玻璃在轨(近地点350 km,远地点425 km,轨道倾角51.6°)电离辐照着色损伤过程,讨论了航天器用玻璃抗辐照性能考核方法,分析了玻璃空间电离辐照着色损伤的深度分布,提出了航天器用玻璃材料抗电离辐照损伤加固的关键点.此外,对不同石英玻璃防电离辐照层保护的K9-HL玻璃在轨光学性能做了研究.

Y_2O_3吸附粉对95%氧化铝热压铸瓷坯脱蜡粘粉的控制

95%氧化铝热压铸瓷坯脱蜡粘粉严重影响着产品的合格率及生产效率,本文提出了一种基于Y2O3吸附粉对95%氧化铝热压铸瓷坯脱蜡粘粉的控制方法,并与传统的基于α-Al2O3吸附粉的脱蜡方法进行了对比分析。Y2O3吸附粉脱蜡不仅彻底消除了95%氧化铝热压铸瓷坯脱蜡工艺中的表面粘粉现象,而且获得的烧成95%氧化铝陶瓷的密度、体积电阻率、断裂强度、介电击穿强度等性能均有提升,该方法具有操作简便、工艺研发周期短、成本低等优点,生产推广价值高。此外,基于脱蜡过程中的相变分析,本文讨论了粘粉的形成机制及Y2O3吸附粉控制粘粉的原理。

工程应力玻璃断裂过程讨论

从断裂力学的角度出发,对比一步离子交换钢化玻璃,讨论了工程应力玻璃的断裂过程,分析了工程应力玻璃残余应力分布形式对其断裂强度分散性的影响,并讨论了其强度分散性的工艺影响因素。

95%氧化铝陶瓷烧结过程中的表面晶粒织构生长及相场法仿真

本文报道了一种CaO+SiO_2共添加的95%氧化铝陶瓷烧结过程中表面呈现的晶粒织构生长现象:(006)晶面平行于样品表面的晶粒优先生长。对该现象的机理进行了讨论:这可能和(006)晶面形成的表面具有更低表面能有关。采用多相场模型,将表面能的差异归于自由能密度的差异中,对95%氧化铝陶瓷烧结过程中出现了表面晶粒织构生长进行了仿真研究,得到的仿真结果与个别取向的晶粒优先生长的实验结果一致。

宏观内应力掠入射衍射分析中X射线折射作用引入的误差

宏观内应力X射线掠入射衍射分析中,X射线折射作用引入的衍射角测定误差必然对分析产生影响。本文基于数值方法计算了Euler角定位及Hauk角定位的X射线掠入射衍射分析中因X射线折射作用引入的衍射角测定误差及其在几种宏观内应力测试方法中引入的应变测定误差。在一定角度范围内采用侧倾法可避免X射线折射作用引入的应变测定误差,而采用侧倾法及固定X射线有效穿透深度的Ψ-Ω法测试时必须对测定结果进行数据修正。

玻璃空间电离辐照着色损伤考核方法

针对空间电离辐照的复杂性,在玻璃空间电离辐照着色损伤动力学研究基础上,讨论了玻璃空间电离辐照着色损伤考核面临的问题,提出了一种动力学的考核方法。基于该方法,以K9-HL玻璃为研究对象,研究了特定轨道(近地点350km,远地点425km,轨道倾角51.6°)下玻璃空间电离辐照着色损伤过程,分析了特定轨道下玻璃空间电离辐照着色损伤特征,结果显示:K9-HL玻璃特征轨道在轨20年后蓝光区域透过率降低严重导致其必然呈现淡黄色,严重影响了其作为高性能无色光学材料的使用。此外,对玻璃空间电离辐照着色损伤^(60)Co-γ射线辐照考核方法的适用性进行了分析讨论,结果表明,采用^(60)Co-γ射线作为辐照源分析玻璃空间电离辐照着色损伤可能引入较大误差,造成该现象的原因是^(60)Co-γ射线在玻璃中的作用深度极大及考核方法未考虑色心弛豫消失。

基于二维X射线衍射技术的TiH_2薄膜残余应力分析

氢化钛(TiH2)的多数X射线衍射(XRD)峰与Mo的衍射峰峰位很接近,采用传统θ-2θ扫描X射线衍射方法很难获得Mo基底上TiH2薄膜的较好的衍射峰形。本文采用XRD分析了Mo基底上TiH2薄膜的残余应力,为获得足够的薄膜衍射信息,通过掠入射二维X射线衍射法消除了薄膜基底衍射信号对薄膜衍射峰的干扰影响。采用纳米压痕仪测得的TiH2薄膜样品的弹性模量及TiH2薄膜的(311)衍射晶面,利用掠入射二维X射线衍射法和侧倾法测定了TiH2薄膜样品中不同深度范围的残余应力。测试结果表明,在TiH2薄膜样品中,随着深度的增加,薄膜样品中的残余应力由张应力逐渐转变为压应力,且张应力和压应力均表现为呈椭圆形分布的正向应力。

高压条件下陶瓷气孔内的等离子体演化特性

陶瓷内部的气孔缺陷是限制其体耐压提升的主要原因之一。为了深入揭示陶瓷内部气孔在高压条件下的物理化学变化,首先通过静电场仿真得到了不同形状气孔对其与陶瓷交界面附近电场的增强情况,然后基于蒙特卡洛方法的粒子模拟(particle-in-cell coupling with Monte Carlo collision,PIC-MCC)建立了高压条件下陶瓷内部长度0.1 mm气孔中的等离子体演化特性仿真模型,给出了陶瓷内的电势和电场分布随时间变化规律,揭示了气孔中电子、离子的数密度分布、速度分布及轰击气孔与陶瓷交界面通量随时间演化行为,分析了不同陶瓷上初始电场对其内部气孔中等离子体演化造成的最强畸变电场的影响,阐明了高压条件下陶瓷气孔内的等离子体运动可能造成陶瓷体击穿的原因,为进一步深入研究陶瓷体击穿机理奠定了基础。

用于复杂结构氧化铝陶瓷零件三维尺寸检测的弹性工装夹具研制

采用复合式三坐标测量仪测量尺寸时需要合理的工装夹具固定被测零件。研制了一种用于某复杂结构氧化铝陶瓷零件尺寸测量的弹性夹具工装,不存在氧化铝陶瓷零件与金属的直接接触,避免了金属磨损引起的陶瓷表面污染。测量时,以该弹性工装夹具为建立测量基准坐标系,避免了重复建立基准坐标系的过程,采用该夹具工装固定也有利于陶瓷零件的快速更换,从而提高了测量效率。

95氧化铝陶瓷埋粉热脱脂过程粘粉的控制

低压注射成型制备95氧化铝陶瓷在埋粉热脱脂过程会发生粘粉现象,严重影响陶瓷零件性能,本文提出了一种基于大小粒径混合埋粉对粘粉现象的控制方法,并与传统方式进行了对比分析,混合粒径埋粉在保证了烧成后95氧化铝陶瓷强度和耐压性能的前提下,消除了粘粉现象。该方法具有操作简便、无杂质引入等优点。此外,基于脱脂过程的物相与表面自由能变化,讨论了粘粉的形成机制以及混合粒径埋粉消除粘粉的原理。

(Mg_(0.527)Al_(0.473))(Al_(1.758)Mg_(0.126))O_(4)薄膜制备及其沿面耐压性能的研究

采用丝网印刷法在95%(质量比)Al_(2)O_(3)基板上制备MgO薄膜,在大气环境1650℃下烧结使MgO与Al_(2)O_(3)基板反应形成(Mg_(0.527)Al_(0.473))(Al_(1.758)Mg_(0.126))O_(4)薄膜(MAO)。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪和激光共聚焦显微镜分别对MAO薄膜的结构、微观形貌、成分和表面粗糙度进行了表征。利用沿面耐压测试仪器对比了MAO薄膜与不同粗糙程度Al_(2)O_(3)基板的沿面耐压强度。研究结果表明,该方法制备了纯度较高的MAO薄膜,当沿面绝缘距离为8 mm时,排除表面粗糙度对沿面耐压性能的影响下,MAO薄膜平均沿面耐压强度相比于Al_(2)O_(3)基板有了较大程度提升。

电极结构对氧化铝陶瓷介电击穿测试的影响分析

电极结构对氧化铝陶瓷介电击穿电压的测试有着重要的影响。笔者对5种常用的电极结构作用下的静电场进行了仿真,并对不同电极结构作用导致的氧化铝陶瓷介电击穿位置的形貌进行了显微分析。仿真结果显示:在氧化铝陶瓷-绝缘油-电极的三相点处存在很强的电场集中现象,绝缘油内的最高电场强度远大于氧化铝陶瓷内的最高电场强度,因此在陶瓷击穿之前必然已发生了绝缘油的击穿,从而影响电场分布。介电击穿位置的形貌分析显示,氧化铝陶瓷的介电击穿主要发生在三相点附近,与仿真结果复合。

基于相场法的多晶体材料内静电场的有限差分仿真

建立多晶材料内微观不均匀性对电场分布影响的仿真方法具有重要意义。笔者给出了一种基于相场法的多晶体材料内静电场的有限差分仿真方法:基于多相场模型仿真获得的多晶材料模型计算获得介电张量分布,通过有限差分法计算获得电场分布。基于本研究的仿真方法仿真分析了晶体各向异性、晶粒度、晶界厚度等对多晶材料内电场强度分布的影响,电场集中现象随着晶体各向异性程度增加、晶粒度增加、晶界厚度减小而变得更加严重。