基于第一性原理研究CO在C_(21)Si上的吸附

通过密度泛函理论(DFT)计算研究了单个CO分子分别在C_(21)Si上的吸附.由于结构中含有21个C原子以及引入一个Si原子,命名为(C_(21)Si).计算了体系中最稳定的几何结构、吸附能、吸附高度和态密度,研究了吸附的CO分子与基底之间的相互作用.研究发现,当CO放置在C_(21)Si上吸附时,C原子靠近吸附优于O原子靠近时的吸附,吸附能分别为-0.86 eV和-0.36 eV,当O原子靠近吸时二者之间的吸附反应较弱,为物理吸附.C原子靠近时的吸附高度小,吸附反应更强,为化学吸附.根据态密度轨道之间的杂化程度,说明二者之间存在吸附反应,相较于O原子靠近吸附,基底对C原子靠近时的吸附能力更强,敏感度更高.

不同固溶处理对亚共晶Al-Si合金组织和性能的影响

铸态的亚共晶Al-Si合金中,粗大的α-Al晶粒和针片状共晶Si是造成其性能降低的主要原因。通过对Al-Ti-La和Nd细化变质后的Al-7Si合金进行了不同条件的固溶处理,研究了不同固溶温度和时间对其微观组织及性能的影响。结果表明:铸态Al-7Si合金随着固溶温度的升高,二次枝晶臂间距(SDAS)逐渐增大,共晶Si尺寸逐渐减小,并且共晶Si由长条状和纤维状向短棒状转变。随着固溶时间的延长,共晶Si的演变过程为:长条状→短棒状→粒状→粗化长大。当固溶温度为535℃、固溶时间为3 h时,合金的显微硬度为62.5 HV,相比于铸态提升了10.5%,极限抗拉强度(UTS)和断裂延伸率(El)由铸态的170.2 MPa和11.1%提升至174.0 MPa和13.1%,分别提升2.2%和18.0%,断口的解理平台小且出现大面积韧窝,由脆性断裂转变为韧性断裂。

Si含量对汽车用铝合金组织和性能的影响

制备了不同Si掺杂质量分数的汽车用铝合金材料,通过XRD、OM、SEM、力学性能试验和摩擦磨损试验研究了Si质量分数对铝合金物相结构、显微组织、硬度、拉伸强度、磨损性能和磨损形貌的影响。结果表明,铝合金主要是由α-Al、Mg、Si以及第二相Mg_(2)Si和Mg_(17)Al_(12)组成,Si掺杂质量分数的增加细化了珊瑚状的α-Al相,第二相主要析出在晶界处。随着Si掺杂质量分数的增加,铝合金的拉伸强度和硬度先增大后减小,屈服强度持续增大,断裂延伸率持续降低,Si掺杂质量分数3%的铝合金的拉伸强度达到最大值264.8 MPa,对应的屈服强度为189.6 MPa,硬度为最大值58.8 HV,对应的断裂延伸率为10.6%。磨损测试结果表明,磨损量和摩擦系数均随Si掺杂质量分数的增加表现出先降低后增大的趋势,当Si掺杂质量分数为3%时,铝合金的摩擦系数和磨损量均达到了最低值,分别为0.052及64.8 mg,铝合金的耐磨损性能最佳,磨损面中犁沟的方向均匀一致。

氟碳铈矿除Ca、Si制备脱硝催化剂及其脱硝性能的研究

包头混合稀土精矿是氟碳铈矿(CeCO_(3)F)和独居石(CePO_(4))的共生矿物,结构复杂,难以分解,且Ca、Si杂质嵌布在矿物表面,影响了稀土矿物的脱硝活性,因此在使用天然矿物作为催化剂之前,有必要对其进行除杂预处理。采用酸浸固氟焙烧方案将氟碳铈矿制成脱硝催化剂,具体工艺为:第一步,HCl除Ca,HCl浓度为6mol/L,氟碳铈矿与NaCl(固氟剂)质量比为1∶5,混合并搅拌12h后于500℃下焙烧2h;第二步,HF除Si,HF浓度为13mol/L,除Ca后粉末与NaCl质量比为1∶5,混合并搅拌12h后于500°C下焙烧2h。氟碳铈矿除Ca、Si后制备的催化剂中Ca含量降至1.85%,Si含量降至0.17%,稀土元素含量相比原矿提高了约22%。氟碳铈矿除Ca、Si后,表面形成了发达的孔结构,比表面积增大,活性元素增多,且部分Ce的价态由+3价转变为+4价,还形成了晶格氧,这些组织结构的变化为催化剂脱硝过程提供了更多的氧化还原中心,使得催化剂脱硝性能显著提高。因此,用除杂后的氟碳铈矿作脱硝催化剂比直接用天然矿物具有更大的优势。

基于UIS测试的Si/SiC级联器件雪崩特性分析

与机械式断路器相比,使用半导体功率器件构成的直流固态断路器在响应时间方面有较大的优势。由低压硅金属—氧化物—半导体场效应晶体管(Si MOSFET)和高压碳化硅结型场效应晶体管(SiC JFET)构成的Si/SiC级联型器件具有优异的开断特性。半导体功率器件可靠性一直是直流固态断路器所关注的焦点问题,非箝位感性负载开关(unclamped inductive switching,UIS)测试是评估半导体功率器件可靠性的重要方法。文中通过实验和仿真的方式分析了Si/SiC级联器件在非箝位感性负载开关过程的雪崩特性。首先,通过增加器件导通时间得到了不同负载电流下的雪崩特性,结果表明,随着导通时间的增加,Si/SiC级联器件在雪崩期间出现了雪崩电压下降的异常特性。随后,通过分立式Si/SiC级联器件进行UIS测试,发现异常特性是由于SiC JFET在雪崩期间出现导通而形成的。最后,通过Si/SiC级联器件的三维电—热耦合仿真,结果表明雪崩期间SiC JFET芯片栅极铝金属层和键合线温度升高,导致SiC JFET栅极等效电阻增加,最终使得SiC JFET在雪崩期间出现导通。

低压Si MOSFETs对SiC/Si级联器件短路特性的影响

由低压硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Silicon Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, Si MOSFET)和碳化硅结型场效应晶体管(Silicon Carbon Junction Field-Effect Transistor, SiC JFET)构成的SiC/Si级联(Cascode)器件,兼具了低压Si MOSFET易于驱动、SiC JFET高耐压低损耗等优点。该文采用实验和数值模拟的方式研究了低压Si MOSFET对SiC/Si级联器件短路特性的影响,结果表明,在短路过程中SiC/Si级联器件中的SiC JFET最高温度比单独的SiC JFET短路时的最高温度低,SiC/Si级联器件的短路失效时间得到了延长,并且随着Si MOSFET额定电压的增加,SiC/Si级联器件短路失效延长的时间也在增加。

Y/Al-5Ti-1B复合变质对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

在传统铸造Al-Si合金中存在的粗大树枝晶α-Al相以及针状共晶Si严重割裂基体,显著降低合金的力学性能。为细化Al-Si合金的组织,提升其力学性能,本文使用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及万能材料试验机,研究了不同添加量Y/Al-5Ti-1B变质剂(Al-5Ti-1B均为2%,稀土Y分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,质量分数)对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对Al-7Si合金的变质机理。实验结果表明,当Al-5Ti-1B含量为2%、稀土Y含量为0.4%时,变质效果最佳,共晶Si由粗大针状变为细小颗粒状,长和宽分别减小至2.7和0.8μm,相较于未经变质处理的Al-7Si合金,减小了90.6%和4.7%。合金抗拉强度由原来的168.1 MPa提升至209.1 MPa,增加了24.4%。同时伸长率从6.23%提升至9.62%,增长了54.4%。此外,合金的断裂方式也从脆性断裂转变为韧-脆混合断裂。

原位合成Si/(SiO+Ag)复合负极材料及其电化学性能

将微米Si和纳米Ag_(2)O进行机械球磨,通过原位固相反应合成了Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)],以沥青为碳源采用高温煅烧法制备了碳包覆Si基复合材料[Si/(SiO+Ag)-C]。采用XRD、XPS、SEM、TEM对复合材料进行了表征,测试了其电化学性能。结果表明,微米Si和纳米Ag_(2)O在球磨破碎过程中原位形成Si O和Ag颗粒,并附着在基体Si上,两种复合材料都展现出良好的倍率性能,在低电流密度(0.12 A/g)下Si/(SiO+Ag)和Si/(SiO+Ag)-C循环5次后分别表现出1422和1039 mA·h/g的可逆比容量,而在高电流密度(2.40 A/g)下仍能获得672和393 mA·h/g的可逆比容量;当电流密度再次恢复到0.12 A/g时,可逆比容量可恢复到1329和961m A·h/g,Si/(SiO+Ag)-C表现出更好的循环稳定性,经80次循环后可逆比容量仍稳定在943 m A·h/g,其突出的倍率性能归因于微米Si的颗粒细化以及球磨过程中原位反应形成纳米Ag颗粒导电特性,而循环稳定性的提高与原位形成Si O和包覆碳构成的双相缓冲结构有关。

表面喷丸及退火处理对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢组织与性能的影响

为实现强韧化,对Fe-30Mn-3Al-3Si TWIP钢进行了表面喷丸及退火热处理。采用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等手段分析了喷丸以及喷丸结合退火处理对TWIP钢显微组织结构的影响,并利用显微维氏硬度计和万能材料试验机对原始样品、喷丸以及喷丸结合退火处理样品的硬度分布、力学性能及加工硬化行为进行了研究。分析结果表明,喷丸可在TWIP钢表面引起强烈的塑性变形,并形成包含60~100 nm大小的位错胞块的强烈形变层和包含微纳尺度形变孪晶结构的过渡层。该纳米-微米尺度的晶粒尺寸梯度结构可以将TWIP钢表面强烈形变层的硬度显著提升至366 HV0.1,并在残余压应力联合作用下使试样的屈服强度提升至485 MPa,均远高于初始样品的对应值。但受喷丸引起的表面粗糙和强烈形变层纳米晶塑性低的影响,其断后延伸率仅为41.8%。退火处理后,喷丸样品中的形变组织发生回复与再结晶,其中强烈形变层位置的再结晶晶粒尺寸为1~3μm,硬度也降低至215 HV0.1。所形成的微米-微米尺度晶粒尺寸梯度结构试样的屈服强度降低至261 MPa,但延伸率增加至65.3%。晶粒尺寸梯度结构有助于增加TWIP钢屈服与抗拉强度,但不利于延伸率的提升。

湿度对a-C:Ti/a-C:Si纳米多层薄膜摩擦学行为的影响

目的沉积出具有纳米级多层结构的a-C:Ti/a-C:Si薄膜来改善非晶碳薄膜的湿度适应性。方法通过磁控溅射技术在硅片和304不锈钢试样表面交替沉积a-C:Ti薄膜和a-C:Si薄膜,并进行了薄膜截面形貌表征。通过纳米压痕测试表征了复合薄膜的力学性能,采用球-盘摩擦磨损试验机进行了不同湿度下摩擦学试验,测试薄膜的摩擦学性能。结合拉曼光谱和扫描电子显微镜,分析了摩擦试验后的磨痕形貌和磨斑。结果a-C:Ti/a-C:Si纳米多层结构增加了薄膜的异质界面,相比于a-C:Ti膜,a-C:Ti/a-C:Si纳米多层薄膜的弹性模量和残余应力随a-C:Si层厚度的增加而上升。在低湿度环境下,a-C:Si层引入后使a-C:Ti/a-C:Si纳米多层膜在摩擦过程中不易产生碳转移膜,薄膜的摩擦因数和磨损率随a-C:Si层沉积时间的增加而增加,薄膜的摩擦学性能略有下降。在高湿度环境下,由于磨屑的堆积抑制了碳转移膜的形成,不同制备工艺获得的a-C:Ti/a-C:Si纳米多层膜的摩擦因数均有所上升,但是a-C:Si层的存在使薄膜极易产生富硅转移膜,缓解了无碳转移膜的缺陷,降低了磨损率,提高了摩擦学性能。结论纳米多层结构有效地改善了非晶碳薄膜的湿度适应性。利用a-C:Ti层和a-C:Si层分别提升了非晶碳基复合薄膜在低湿环境下和高湿环境下的摩擦学性能。

Sr含量对Al-Si合金显微组织和热导率的影响

以纯铝、Al-20Si和Al-10Sr中间合金为原料,Sr为变质剂(含量为0.01%、0.02%、0.04%和0.06%,质量分数),制备了Al-7Si-xSr、Al-12Si-xSr和Al-20Si-xSr合金,研究了Sr含量对Al-Si合金相变储热材料显微组织及热导率的影响。利用Hot Disk热常数分析仪测量合金的热导率,通过扫描电镜观察及分析合金的显微组织。结果表明:在Al-Si合金中添加变质元素Sr会影响合金的热导率,Al-7Si-0.04Sr合金热导率较Al-7Si合金增加了73.47 W·m^(-1)·K^(-1),Al-20Si-0.04Sr合金的热导率较Al-20Si合金增加了24.09 W·m^(-1)·K^(-1),Al-12Si-0.04Sr合金的热导率较Al-12Si合金增加了17.79 W·m^(-1)·K^(-1)。铝硅合金热导率的增长主要与α(Al)、共晶硅和初晶硅的形貌有关。经过Sr变质之后,Al-7Si合金中共晶Si立体形貌均由片层状转变为珊瑚状,Al-12Si和Al-20Si合金中共晶Si立体形貌由片层状转变为枝条状;其中,Al-7Si合金中α(Al)尺寸明显减少、排列紧密,二次枝晶臂间距逐渐减小;Al-20Si合金中的初晶Si尺寸明显减小,其形貌由多角的大块状变为小块状;α(Al)形态的转变不仅能够为自由电子的传输提供快速通道,而且还会使得共晶Si的排列更加规则,减少自由电子发生散射的几率,对合金的热导率影响较大。共晶Si由片层状转变为珊瑚状或枝条状,增加电子的平均自由程,有利于电子的传输。Al-20Si合金的热导率与初晶Si的形态有着重要联系,大尺寸且形状完整的初晶Si会发生晶格振动,会提高合金的热导率。

超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

大功率射频Si-VDMOS功率晶体管研制

介绍了大功率射频硅-垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管(Si-VDMOS)的研制结果,采用栅分离降低反馈电容技术、多子胞降低源极电感技术等,从芯片原理着手,比较分析两种芯片结构设计对反馈电容的影响,以及两种布局引线对源极电感的影响,并研制出了百瓦级以上大功率射频Si-VDMOS功率晶体管系列产品。产品主要性能如下:在工作电压28 V及连续波下,采用8胞合成时,225 MHz输出功率达200 W以上,500 MHz输出功率达150 W以上;进一步增加子胞数量,采用12胞合成时,225 MHz输出功率达300 W以上,同时具备良好的增益及效率特性,与国外大功率射频Si-VDMOS功率晶体管的产品参数相比,达到了同类产品水平。

微量元素Si对K452镍基铸造高温合金组织和力学性能影响的研究

研究了Si元素含量对K452镍基铸造高温合金标准热处理态微观组织形貌、拉伸和持久性能的影响。通过OM、SEM和EDS等表征及力学性能测试,发现在K452镍基铸造高温合金中,Si的添加量对碳化物形貌和分布有很大影响。由于Si元素含量的提高,分布于晶界上的碳化物数量随之增多。Si对拉伸强度的影响和Si的添加多少有关,低于0.5wt%的Si对合金抗拉强度影响不明显,可是Si添加量大于1.0wt%时,合金的抗拉强度明显减小。合金在900℃/200 MPa条件下持久寿命随着Si含量的增加而显著降低。

Sc和Si相互作用对铸造Al-Si-Sc合金组织和性能的影响

通常在铸造Al-Si合金加入Sc来改善合金的性能,但是Si和Sc的相互作用对合金组织和性能影响仍需要进一步深入研究。本文研究了不同含量的Si和Sc对合金组织和性能的影响,结果表明,Sc通过原位形成初生Al_(3)Sc作为α-Al异质形核质点从而细化α-Al晶粒;在凝固过程中,共晶反应生成了网格状AlSi_(2)Sc_(2)相,包晶反应形成了块状AlSi_(2)Sc_(2)相;两种AlSi_(2)Sc_(2)相都会消耗合金中Sc原子,从而降低了Al_(3)Sc的细化效果;Sc还变质共晶Si为更有序的纤维/片状结构,适当的Si与Sc的比可以避免AlSi_(2)Sc_(2)的形成;Al-6Si中Sc含量从0.3%增加至1%时,抗拉强度和屈服强度均上升,但由于AlSi_(2)Sc_(2)相的存在,其伸长率下降;当Sc含量为1%、Si含量从6%降至3%时,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别上升2%、12%和21%,主要是凝固过程中析出了Al_(3)Sc而非AlSi_(2)Sc_(2)相。最后,还讨论了Si-Sc交互作用对组织演变的机制。

Fe、Ni元素微合金化对Al-11Si铝合金微观组织及力学性能的影响

本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线光谱(EDS)和拉伸试验机,研究了Ni(1.2及1.6wt.%)和Fe(0.6及0.8wt.%)含量对Al-11Si铝合金的微观组织及不同温度下的力学性能的影响。实验结果表明,适量的Ni元素对于Al-11Si合金中富含Fe相的类型、形态和分布具有积极作用。在Al-11Si铝合金中添加1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe可以生成一种类似“汉字状”的富Fe强化相。当进一步增加到1.6wt.%Ni和0.8wt.%Fe后,富Fe相变为了长针状,对Al基体产生严重的割裂作用,降低了合金力学性能。由于含有1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe的Al-11Si铝合金中生成了“汉字状”富Fe强化相,合金的高温拉伸性能得到了显著改善。在350℃的测试温度下,Al-11Si铝合金的抗拉强度(UTS)达到了139 MPa。

双尺度Fe_(3)Si相调控对Cu-2.5Fe-0.2Si合金组织和性能的影响

通过在铜铁合金中添加微量Si元素,并利用组合形变热处理工艺对亚微米级Fe_(3)Si相和纳米级Fe_(3)Si相的析出行为进行调控。结果表明:处理后的Cu-2.5Fe-0.2Si合金中形成了大量细小的再结晶晶粒,其抗拉强度、电导率和伸长率分别为401MPa、69.25%IACS和12.50%。合金中纳米级Fe_(3)Si析出相与铜基体的位向关系为[011ˉ]Cu//[11ˉ1]Fe_(3)Si。双尺度Fe_(3)Si相对合金屈服强度的提高均有贡献。其中,纳米级析出相对屈服强度的贡献值更大,约为亚微米级第二相的6倍。相比于Cu-2.5Fe合金,Si的添加促进了合金基体中铁相的析出及细化,降低了动态再结晶温度,进而实现了合金强度、电导率和塑性的协同提高。

固溶处理及工艺路径对Cu-Ni-Si-Co合金板材性能的影响

目的系统探究了不同固溶温度及不同冷轧时效工艺对C7035合金力学性能与导电性能的影响规律。方法针对C7035合金进行了不同温度的固溶处理,并进行了冷轧以及不同温度的时效处理。对比一次时效的力学性能与电学性能差异性,并优化工艺路径。选择性能较为优异的样品观察其微观组织以及析出相。结果提高固溶温度可显著提升一次冷轧-时效合金的硬度、强度以及导电性,其中性能较为优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃时效3 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为241.2HV0.1、777 MPa、48.6%IACS。工艺优化后,较优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃预时效0.5 h、冷轧50%、450℃时效2 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为252.8HV0.1、787 MPa、41.2%IACS。结论固溶温度越高,溶质原子溶入基体的数量越多,固溶后能观察到的第二相越少。960℃固溶后一次冷轧-时效的强度较高,与880℃固溶后一次冷轧-时效后相比,强度提高了约100 MPa,二次冷轧时效后,强度有进一步的提升。

早期心理干预对乳腺癌患者术后SAS、SDS及SIS评分的影响

目的探讨早期心理干预对乳腺癌患者术后SAS(焦虑自量量表)、SDS(抑郁自量量表)及SIS评分(社会影响量表)的影响。方法应用奇偶法随机将150例乳腺癌患者分为对照组和研究组,对照组行常规护理,研究组在其基础上实施早期心理干预,评估两组患者术后心理情况、病耻感、生活质量及护理满意度。结果研究组患者SAS评分、SDS评分及SIS评分均低于对照组(P<0.05);研究组患者社会功能、生理功能、躯体能力及活力均高于对照组(P<0.05);研究组患者护理满意度(96.00%)高于对照组(84.00%)(P<0.05)。结论在乳腺癌患者治疗中实施早期心理护理干预有助于稳定患者情绪、减少病耻感,生活质量与满意度更高,值得临床推广。

基于热网络分区等效策略的Si/SiC混合器件耦合热参数辨识方法

由硅(Si)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)与碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)并联构成的混合器件可打破单一Si基器件和SiC基器件的局限性,实现损耗和成本间的有效均衡。结温估计对于Si/SiC混合器件的可靠运行至关重要,然而,目前针对热监测的研究往往需满足热稳态平衡和功率损耗可测两大条件,在实际变流器中实用性较低。基于此,该文以零输入响应法为切入点,首先,对Si/SiC混合器件热结构特性进行分析,详细阐述零输入响应法直接应用于混合器件时所带来的高阶热约束条件难以表征的问题;其次,通过对SiIGBT与SiC MOSFET进行热网络分区处理实现模型的降阶,构建出壳温降温曲线时间常数与热参数之间的约束关系,提出了基于热网络分区等效思想的混合器件耦合热参数辨识方法,所提方法简化了功率损耗测量步骤与热平衡态条件,在并联器件耦合热参数辨识研究中具有简单、通用、流程化高的应用优势;最后,通过实验验证了该文所提方法的准确性和有效性。