4H-SiC同质外延层中的扩展缺陷研究

利用自主研发的热壁低压化学气相沉积(HWLPCVD)系统,在5.08 cm(2英寸)4°偏轴4H-SiC衬底上生长4H-SiC同质外延膜。讨论了4H-SiC同质外延层中的两种扩展缺陷——彗星缺陷和胡萝卜缺陷,研究了这两种缺陷的起源与消除方法。研究发现采用化学机械抛光(CMP)方法可以有效去除扩展缺陷,提高外延膜的质量。另外,提高衬底质量和优化生长条件也可以消除这两种扩展缺陷。

大数据在管道本体缺陷扩展及修复中的应用

文中以内检测数据为基础,建立了内外腐蚀大数据分析模型。介绍了大数据在管道本体缺陷扩展分析中的应用、基于大数据的管道缺陷修复,为管道本体缺陷扩展趋势预测、缺陷修复计划制订提供数据。大数据分析技术的应用有助于保障管道安全,节约运行成本。

基于有限元模拟的含缺陷锁斗设备疲劳分析

锁斗是典型煤化工装置中关键设备,在长期循环载荷作用下易发生疲劳断裂。运用结构和热应力瞬态分析方法,计算含缺陷锁斗承受的应力幅值。同时基于试验所得疲劳裂纹扩展性能参数,计算预期循环次数下缺陷的扩展量并对最终缺陷尺寸进行安全性评价。评定结果表明含缺陷锁斗可在预期循环次数内正常运行。

半导体缺陷的研究进展

第10届“半导体中扩展缺陷”国际学术会议于2004年9月12日在俄罗斯莫斯科举行，共有150多名代表参加。会议主席是著名硅晶体位错研究专家、俄罗斯科学院固体物理研究所所长V．Kvedel（克维德）教授，会议国际顾问委员会由著名半导体材料与物理专家Pizzini、Cavanili、Jones等教授组成。

屈曲模态对含缺陷复材加筋板后屈曲的影响

某些结构类型的复合材料加筋板,由于一阶和二阶屈曲载荷十分接近,在压缩失稳时,相同的试验件会出现不同的失稳模态,并表现出明显不同的后屈曲承载能力.就此问题,进行了试验和数值模拟研究.轴压试验中,通过影像云纹法和超声C扫技术监测试验件的失稳模态及缺陷扩展情况,以确定不同失稳模态对相同试验件后屈曲承载能力的影响.基于ABAQUS软件建立有限元模型,采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT,Virtual Crack Closure Technology)模拟含预置脱胶缺陷的筋条-蒙皮界面,将失稳波形以几何扰动的形式引入后屈曲分析.通过分析缺陷前缘应变能释放率,研究两种模态下缺陷扩展特性.计算结果与试验结果相吻合,研究表明两种模态下缺陷的扩展特性明显不同,导致该型加筋板在3个半波失稳模态下的后屈曲承载能力明显高于2个半波模态下的后屈曲承载能力.

基于内聚力模型的复合裂纹耦合扩展多尺度数值模拟研究与实验验证

在外载荷作用下,材料的破坏与失效问题是一个涵盖从微观到宏观、从时间到空间等多个尺度相互耦合与关联的系统性科学问题。本研究以α-Ti材料为例,首先运用微观观测实验手段分析了α-Ti的显微组织结构和相结构,采用蒙特卡洛方法对微结构(晶粒大小、形状及分布)进行随机抽样处理,确定了其微结构的分布规律。通过与实验测得的材料强度做对比分析,并结合图像处理的方法获得微结构的定量化信息,探明了微结构对材料宏细观性能的影响,为微观尺度的分子动力学模型提供了可靠的基础。然后建立了三组包含复合微观缺陷的α-Ti拉伸微观计算模型,分别获得了界面层粘结力与其上下表面的相对位移之间的定量关系(T-S曲线)。由于T-S曲线中包含了与裂纹尖端演化相关的微观信息(如位错发射和运动、裂尖钝化、裂纹偏折、孔洞成核和长大、孪晶等),再将T-S曲线与曲线中关键转折点所对应的原子构型相结合,从原子尺度观察并解释了α-Ti材料中不同复合微观缺陷扩展的现象、规律和机理。最后,采用基于原子模拟的内聚力模型对单调拉伸条件下CT试件的裂纹扩展做多尺度分析,研究了不同微观缺陷对材料宏观断裂参数的影响程度。

核电站压力管道焊缝缺陷的评估方法与应用研究

以某核电厂不锈钢和铁素体钢管道接管座焊缝缺陷疲劳裂纹扩展为例,综合考虑管道载荷作用和焊接残余应力的影响,按照规范的评定要求和验收准则,对缺陷扩展进行了公式法计算和评估。

钢结构桥梁焊缝缺陷超声相控阵监测系统的研究

研制了针对钢结构桥梁焊缝缺陷扩展的超声相控阵监测系统。系统选用线阵密排式相控阵探头,通过计算优化了探头参数。设计了发射和接收电路,通过计算机控制实现探头各晶片阵元的延迟发射与接收。采用RS485和RS232总线实现检测数据的长距离传送。实验模拟和现场测试证明,该系统稳定可靠,有很高的实用价值。但该系统无法对长缺陷进行全面监测,可在此基础上进行二次开发。

透明硬脆材料激光剥离关键问题研究(特邀)

透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al_(2)O_(3)、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。

液冷产品失效机理及合格判定标准研究

真空钎焊和真空扩散焊是液冷产品常用的两种焊接方式,焊缝通过超声波无损检测进行检验。真空钎焊的焊缝质量参考标准为QJ2844-I级,钎着率≥85%,行业标准为通用性要求,针对液冷产品没有详细的规定。真空扩散焊因应用较少,没有可参考的行业标准,实际生产中按照钎焊标准执行。基于以上情况,文中针对液冷产品开展失效机理分析及合格判定标准研究。研究表明真空钎焊产品当距离流道3 mm以内有缺陷,缺陷在经历周期性疲劳试验后,缺陷会扩展;距离流道大于3 mm之外有缺陷,缺陷在经历周期性疲劳试验后,不会扩展。真空扩散焊产品若冷板任何一处焊接面存在缺陷则证明该冷板整体焊接质量较差,在经历周期性疲劳试验后,会出现新的缺陷。

SIMOX结构及杂质的二次离子质谱分析

用二次离子质谱方法，测量了ＳＩＭＯＸ样品的各层结构和杂质分布。讨论了测量的方法。说明了ＳＩＭＯＸ材料顶部硅层的捩缺陷和杂质的施主作用。要制作适合器件需要的ＳＯＩ材料，必须控制工艺过程中顶部硅层的杂质污染和损伤。

复合材料成型分层缺陷在钻削横刃挤压阶段的扩展行为

碳纤维增强复合材料由于具有高比强度、高比模量等优异性能,广泛应用于先进装备的承力构件中。此类复材构件在铺放固化成型过程中易产生随机分布的分层缺陷,若缺陷区域与构件连接孔加工区域交叠,将使制孔损伤产生机制更加复杂、加工质量更难以保证。为保障碳纤维复合材料构件的加工质量,揭示成型分层缺陷对制孔质量的影响机制,针对钻削过程中成型分层缺陷的动态演化行为进行研究,得到其在钻削过程中轴向力最大的横刃挤压阶段发生扩展的临界条件以及扩展长度的计算方法。基于此,结合钻削试验对预埋分层缺陷在制孔过程中的扩展行为进行在线观测,最终获得刀具作用位置对缺陷扩展行为的影响。该研究成果将为后续有关复材成型缺陷在钻削过程中扩展的抑制方法研究提供基础,也将为丰富复材损伤抑制理论作出贡献。

关于合金中微小沉淀相的正电子湮没研究

用正电子湮没技术和若干金属物理方法相结合测量了几种工程合金,表明正电子湮没技术可以有效地探测微小沉淀相的存在,可为它的进一步深入研究提供很好的基础。

田湾核电站蒸汽发生器传热管在役检查优化

因田湾核电站1号机组蒸汽发生器传热管役前期间的不符合项,每次大修对传热管的抽查比例较高,使大修优化和风险控制等方面存在诸多不利影响。分析了田湾核电站1号机组蒸发器传热管降质的机理,通过对蒸汽发生器的水化学状态、二次侧腐蚀状态,蒸发器传热管涡流检查结果和缺陷扩展速率着手进行了分析和研究,并结合HAD103/07和俄罗斯相关法规标准的要求,对1号机组蒸汽发生器传热管在役检查优化的可行性进行了研究,调整制定了优化的检查方案,现场大修证实取得了良好的效果。

风机齿轮箱轴承应力及疲劳寿命分析

针对风机齿轮箱轴承在运转中出现的外圈局部剥落缺陷及其造成的疲劳寿命问题,以5 MW风机齿轮箱输出轴轴承为研究对象,建立无缺陷轴承和不同宽度尺寸局部剥落缺陷轴承的数值模型。对模型进行显式动力学分析,分析转速及缺陷尺寸扩展对轴承各部件的应力变化;以名义应力法和损伤理论为准则,对无缺陷轴承和有缺陷轴承进行疲劳分析,得出轴承的损伤和疲劳寿命。结果表明:随着局部剥落缺陷的扩展和转速的增大,这两轴承各部件应力均上升,但寿命均下降。

基于相控阵技术的钢板断续夹层监测

针对电站钢结构主立柱翼板内部存在的断续夹层缺陷,用常规A型脉冲反射超声波检验时,按JB/T 4730—2005标准该翼板质量达到最差级别,Ⅴ级,该方法已不能满足缺陷监测要求。为解决缺陷的监测问题,进行了超声相控阵试验。试验证明在缺陷分辨率、检验灵敏度、缺陷反射波幅等方面,超声相控阵完全满足断续夹层的监测要求。在此基础上,提出了超声相控阵监测翼板断续夹层的实施方法及所需监测的关键参数等,以期为电厂的安全运行提供借鉴和参考。

基于卧式蒸汽发生器传热管涡流检查数据的堵管准则研究

蒸汽发生器传热管是压水堆核电机组一回路承压边界的重要组成部分之一,合理的堵管准则不但能够保证传热管的完整性,而且能够最大限度地保持传热管堵管裕量,保证机组运行经济性。田湾核电站1号机组蒸汽发生器在役前检查期间发现多处传热管缺陷显示并实施堵管800余根,其余未达到堵管准则的缺陷显示已运行十余年,积累了大量运行期间的缺陷数据。本文以田湾核电站1号机组卧式蒸汽发生器传热管历年涡流检查数据为基础,通过对运行期间缺陷扩展速率和涡流不确定度的分析研究,结合爆破试验结果,给出了新确定的堵管准则结果,为机组后续运行奠定了基础。

Ni-Au/AlN/Si器件的深能级瞬态谱研究

对GaN器件制备过程中AlN缓冲层相关的电活性缺陷进行了C-V和深能级瞬态谱(DLTS)研究。C-V研究结果表明,制备态Ni-Au/AlN/Si MIS器件中,靠近AlN/Si界面处的掺杂浓度为4.4×1017 cm-3,明显高于Si衬底的1.4×1016 cm-3,意味着制备态样品中Al原子已经向衬底硅中扩散。采用退火工艺研究了GaN器件制备过程中的热影响以及热处理前后电活性缺陷在硅衬底中的演变情况,发现退火处理后,Al原子进一步向衬底硅中更深处扩散,扩散深度由制备态的500nm左右深入到1μm附近。DLTS研究结果发现,在Si衬底中与Al原子扩散相关的缺陷为Al-O配合物点缺陷。DLTS脉冲时间扫描表明,相比于制备态样品,退火态样品中出现了部分空穴俘获时间常数更大的缺陷,退火处理造成了点缺陷聚集,缺陷类型由点缺陷逐渐向扩展态缺陷发展。

用于高频和功率电子器件的GaN-SiC混合材料

瑞典的研究人员在碳化硅（SiC）上生长出更薄的IIIA族氮化物结构,以期实现高功率和高频薄层高电子迁移率晶体管（T-HEMT）和其他器件。新结构采用高质量的60nm无晶界氮化铝（AlN）成核层,而不是大约1-2μm厚的氮化镓（GaN）缓冲层,以避免大面积扩展缺陷。