钚氧化层结构的理论研究进展

钚的氧化层结构是钚化学腐蚀的中心科学问题,本文回顾了本课题组最近在这方面的理论研究工作。首先,基于第一性原理计算结合化学热力学,说明单氧化钚在常压下是热力学不稳定的,可能分解成Pu_(2)O_(3)和钚,但是压强可以将单氧化钚稳定下来,电子结构计算说明了其中的稳定机制。其次,基于准随机结构的第一性原理计算,说明碳也可以将单氧化钚稳定下来。并且重现了碳氧化钚的晶格常数反常演化并阐释其微观电子结构机制。最后,基于类比镧系的过渡氧化物结构模型,预测在Pu_(2)O_(3)/PuO_(2)层中存在低对称结构的Pu_(n)O_(2 n-2)。基于这些工作,提出了一种阶梯状的氧化层结构模型(Pu/PuO_(x)C_(y)/Pu_(2)O_(3)/Pu_(n)O_(2 n-2)/PuO_(2)),以改进简单的三明治状氧化层模型。这个结构模型为钚的化学腐蚀研究提供了一定的理论指导价值。

热轧卷取板的氧化层结构及热力学分析

用电子分析天平测量了热轧卷取板试样表面氧化铁皮的增重,用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察测量了试样表面氧化皮形貌、氧化层厚度和成分,并用热力学方法进行了分析。结果表明,快速冷却时,试样氧化层形成3层结构,即Fe2O3→Fe2O3、Fe3O4→Fe3O→Fe;延长冷却时间,试样氧化层形成2层结构,即Fe2O3→Fe2O3、Fe3O4→Fe。

基于多层氧化层结构的硼颗粒点火模型研究

为了研究相关因素对硼颗粒点火过程的影响规律,基于多层氧化层结构,改进了硼颗粒的点火模型。该模型考虑了颗粒氧化层表面物质成分的变化、表面火焰面形成的物理过程,模型计算结果与实验数据具有较高的吻合度。应用该模型研究了环境压强、颗粒直径、气相氧化剂浓度以及环境温度对硼颗粒点火过程的影响规律。结果表明,环境压力越大,颗粒点火时间越短;颗粒粒径越大,颗粒表面氧化层越厚,从而延长了颗粒的点火时间;在较大颗粒直径(>5μm)下增加环境内氧气浓度有利于颗粒点火,对小颗粒直径(≤5μm)则无明显影响;水蒸气浓度越大,颗粒点火时间越短;环境温度越高,越有利于颗粒点火。

超超临界机组HR3C不锈钢蒸汽侧氧化层的微观结构和生长机理

对华能玉环电厂运行了5400h和23400h的HR3C末级再热器管取样,对蒸汽侧氧化层的结构、形貌和微区元素分布规律进行了研究。结果发现,随着氧化的深入,HR3C蒸汽侧氧化层由二层结构发展成为四层结构,靠近氧化层的基体金属中的贫Cr是氧化层生长的捷径。探讨了HR3C蒸汽侧氧化层的生长机理。

Ti-Cr合金的非等温氧化及着火预测(英文)

采用热重分析、XRD和SEM等方法研究Ti-Cr合金(0≤w(Cr)≤25%)从室温至1723K的非等温氧化行为及氧化膜的微观结构,探讨Cr元素对Ti-Cr合金抗氧化能力的影响机制。结果表明:当Cr含量小于某一临界值wC时,随着Cr含量的增加合金的抗氧化能力降低;当Cr含量高于wC时,随着Cr含量的增加合金的抗氧化能力提高;当温度高到1000K时,Ti-Cr合金的氧化仍符合抛物线规律,且主要发生钛的氧化;Ti-Cr合金氧化后基体中存在氧扩散层,氧化膜主要为金红石型TiO2,内层氧化膜出现富Cr现象,Cr氧化物的析出提高了Ti-Cr合金的抗氧化能力。金属和合金的着火是一个快速非等温氧化的过程,预测了Ti-Cr合金着火阶段的氧化机制。

添加Nb_2O_5对Al_2O_3/TiAl基复合材料在900℃空气中氧化行为的影响

利用热压工艺制备了添加2%、6%和10%Nb_2O_5的Al_2O_3/TiAl基复合材料,并研究了该材料在900℃空气中的高温氧化行为。结果表明:随着Nb_2O_5含量的增加,复合材料的氧化速率明显下降,其氧化动力学曲线近似于抛物线规律;所有材料氧化120 h后均形成了多层的氧化膜;Nb在表层的富集起到了扩散障的作用,既阻挡了氧原子的继续渗入,也阻碍了Ti原子向外扩散,使得复合材料的抗氧化性能随Nb_2O_5含量的增加而提高。

DZ445镍基高温合金高温长时间氧化形成的多层膜结构

研究了高Cr/Al比和中Ta含量的DZ445镍基高温合金在900℃下300~2600 h的氧化行为。结果表明,900℃氧化≥500 h,氧化膜呈现多层结构,最外层氧化物相为NiCr_(2)O_(4)、Cr_(2)O_(3)和TiO_(2),次外层为CrTaO_(4)和TiO_(2),次内层为Al_(2)O_(3)、NiCr_(2)O_(4)和NiO,最内层主要是Al_(2)O_(3)。次外层和次内层的出现使得合金氧化速率降低,表现为动力学方程的指数大幅度增加和氧化速率常数急剧下降。这2层的出现也使得合金氧化机理发生转变,次外层形成后氧化过程由合金元素Cr、Ti、Ni向外扩散转变为由Al的向外扩散和O的向内扩散所控制;次内层形成后,氧化过程转变为Ni、Cr的向外扩散和O的向内扩散所控制。这种多层氧化膜结构使得DZ445合金表现出优异的抗氧化能力。

Ag-SiO_2多层薄膜对光子带隙的影响(英文)

采用超高真空电子束蒸发制备了一维紫外、可见光波段光子晶体.研究了在石英衬底上不同周期Ag/SiO2体系对光子带隙的影响.带隙位置与理论计算结果符合.发现二氧化硅层的厚度对带隙位置和银层的透过率有较大影响,厚度的增加降低了反射率,从而使光子带隙更加明显,当厚度达到12层时观察到清晰的光子带隙.

胶体金量子点浮置栅MOS结构的制备及其C-V特性

通过单相相转移法合成了胶体金纳米粒子,利用异种电荷之间的静电相互吸引作用,采用自组装技术制备了二维有序纳米金阵列。在此基础上,制备了在氧化层中内嵌纳米金颗粒的金属-氧化层-半导体（MOS）结构,并研究了其C-V特性。扫描电镜显示金粒子的直径在6~7 nm左右,C-V测量结果显示胶体金量子点浮置栅MOS结构存在3V左右的平带电压偏移。通过这种方法制备的胶体金量子点浮置栅MOS结构可以在非挥发性存储器研究方面展现巨大的应用前景。

钛等离子渗氧研究

为了提高钛表面硬度和耐磨性，采用辉光放电等离子渗氧技术对钛进行表面处理．结果表明，渗氧层厚度与氧分压、温度和时间呈明显的对应关系．特别是，在空心阴极辉光放电条件下，离子轰击会加强氧的离子化，促进渗氧，有助于低价态氧化物的形成．在表层所形成的ＴｉＯ其硬度达到或接近ＴｉＮ的硬度水平．

SIMOX材料制备中注入剂量优化研究

本文采用ＳＩＭＳ、ＴＥＭ、ＲＢ等测试手段，分析了注入剂量改变对ＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩＭｐｌａｎｔｅｄＯＸｙｇｅｎ）材料顶层硅和埋氧化层微结构的影响，研究结果表明，注入剂量低至０．６ｘ１０１８Ｏ＋／ｃｍ２时，经过１３００℃，６小时的高温退火过程，能形成界面清晰的三层结构，得到高结晶度的表面硅层，埋氧化层中存在尺寸较大的硅岛；标准注入剂量（１．８ｘ１０１８Ｏ＋／ｃｍ２）形成的ＳＩＭＯＸ材料表层硅出现明显的缺陷，分析结果表明，注入过程中表面存在的缺陷经高温退火后仍有部分残留，成为最终材料表面缺陷的原因之一；形成低表面缺陷和高绝缘性能埋氧化层的优化注入剂量在注入能形成连续氧化物的临界注入剂量左右。

纳米结构BCC-Al_(0.5)CoCrFeNi_(0.4)高熵合金在氯化钠溶液中的电化学腐蚀行为

采用电化学测试并结合对合金表面膜的细致表征,研究Al_(0.5)CoCrFeNi_(0.4)高熵合金(HEA)在3.5%NaCl(质量分数)溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明,Al_(0.5)CoCrFeNi_(0.4) HEA主要由富含Al、Ni的B2相和富含Cr、Fe的A2相组成。在电化学极化作用下,合金表面均匀地形成了一层富含Cr的超薄钝化膜。随着外加电位的增加,保护膜在两相界面处破裂,随后B2相优先溶解。最后,在HEA表面形成三层结构的表面膜:内层富集Cr、中间层富集Fe,外层富集Al和Ni。内层和中间层的形成可归因于Cr物种的高稳定性和Fe的选择性溶解,而腐蚀产物的沉积形成表面膜外层归因于B2相的溶解。

立即涂布不是实现阳图PS版不封孔生产的正确途径

众所周知,封孔使阳图PS版生产克服了阳极氧化工艺采用初期存在的版基色变(俗称底色)严重以至于印版空白区脏弊病频发的顽症,然而,封孔也有其明显的局限性和负面影响,如果能实现阳图PS版的不封孔连续生产,则既有降本节支的可观的经济效益,又有产品质量再上一个新台阶的明显好处

Ti_2AlN/TiAl复合材料的高温氧化行为

采用压力浸渗法制备Ti2AlN/TiAl复合材料(Ti2AlN体积分数25%),研究该复合材料的高温氧化行为。结果表明:600～800℃,材料氧化过程分为初期快速氧化和后期缓慢氧化两阶段;900～1100℃,氧化过程分为初期快速氧化、中期缓慢氧化和后期匀速氧化3阶段;但是1100℃时,材料氧化的第2阶段(缓慢氧化阶段)很短暂。800,1000,1100℃氧化24h后,复合材料增重分别为0.83,2.58和27mg/cm2。同时研究了Ti2AlN/TiAl复合材料在不同温度区间、不同氧化阶段的氧化产物、氧化层厚度和氧化层结构变化规律,分析讨论影响复合材料氧化性能的主要因素。

原子氧对ZrB_2-SiC陶瓷复合材料氧化行为的影响

利用实验室设备模拟了高速飞行过程中端头材料经受的高温、低压及氧原子为主的等离子环境,研究了典型端头候选复合材料ZrB2-20%vol SiC陶瓷在40Pa、1400~1700℃原子氧和分子氧环境下的氧化行为,通过XRD、SEM以及XPS测试方法,对比分析了两种环境下材料表面的氧化产物、化学键能、微观组织以及氧化层结构。结果表明材料在原子氧环境下的氧化程度明显大于分子氧环境,在相同温度和压力下,材料表面完全氧化,形成ZrO2层、SiC耗尽层、不完全反应层以及未反应层的四层结构,氧化层厚度约为分子氧环境下的1.6倍。研究表明,低压原子氧环境可显著提高氧化速率,降低材料在低压条件下的抗氧化性能。