球形敏感单元微瞄准形成金属/空气/金属微观界面中的电子输运机理研究

针对惯性陀螺和航空、航天发动机等高端/尖端仪器装备中,深孔、沟槽等内腔体结构的高精度测量对非接触传感方法提出的挑战性需求,展开球形敏感单元瞄准被测件形成金属/空气/金属微观界面中的敏感机理研究。从绝缘介质薄层电子输运机理和绝缘介质性质改变而产生电子输运两个角度,对包括电子隧穿在内的电子输运机理进行形成条件和电流密度特性的分析,揭示球形敏感单元微瞄准形成的金属/空气/金属微观界面中,产生传感电流的电子输运主要机理为福勒-诺德海姆隧穿效应,为探索新原理的三维非接触式纳米传感方法奠定了基础。

氧化铝陶瓷金属化的界面性能

金属/陶瓷界面性能是陶瓷基板应用可靠性的重要影响因素。为了得到均匀致密且结合良好的金属/陶瓷界面,以丝网印刷方式制作了基材为Al_(2)O_(3)的钨金属化层,通过调整钨金属化浆料中无机氧化物Al_(2)O_(3)粉的质量分数,研究了无机氧化物内不同Al_(2)O_(3)质量分数对金属化层微观形貌、金属化层与陶瓷结合强度的影响,并探究了金属化层的烧结机理。结果显示:金属化层主要由金属骨架与玻璃相组成,其与陶瓷基体的结合强度与Al_(2)O_(3)质量分数呈现出强相关性。实验表明,无机氧化物中Al_(2)O_(3)质量分数为90%时拉力最大,为29.1N,相较于质量分数为20%时提升50%以上。在无机氧化物总占比相同的条件下,不同Al_(2)O_(3)质量分数对浆料印刷性能和方阻影响较小。研究结果为氧化铝陶瓷金属化的制作与应用提供了参考。

高温下短纤维增强金属基复合材料界面的微观结构和热残余应力状态研究

利用透射电镜观察了 δ- Al2 O3短纤维增强 Al- 5 .5 Mg合金复合材料界面在不同环境温度下的微观结构特征。同时 ,基于该类复合材料的单纤维模型 ,利用弹塑性有限元分析方法 ,研究了在不同温度下界面热残余应力的大小和分布情况 ,并讨论了热残余应力对界面行为的影响。最后 ,讨论了界面的微观结构和热残余应力特征对复合材料整体性能的影响。研究表明 ,不同环境温度下 ,界面具有不同的微观结构和热残余应力特征 ,这些特征的变化将引起复合材料整体性能的明显变化。

金属添加剂对SHS陶瓷内衬复合管微观结构与界面连接的影响

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管,以(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加并调整(TiO2+Al+C)子体系与Ni金属添加剂之间的成分比例,合成出具有钢基体、中间过渡合金层与内衬陶瓷三层结构的复合管。研究金属添加剂Ni对燃烧行为、碳化物颗粒原位合成与分布、陶瓷/金属微连接及复合管力学性能的影响。研究发现,随着Ni添加量增多与(TiO2+Al+C)含量降低,反应体系的绝热燃烧温度与燃烧速率上升,Ni的添加与熔化促进反应中亚化学计量比的富Ti碳化物形成,同时也因液相传质促进该碳化物溶解于金属熔体中,并经结晶形成呈梯度分布于中间过渡合金层上的富Ti碳化物。经对复合管力学性能测试与SEM观察,发现添加适量的Ni粉,可以控制中间过渡合金层中碳化物的体积分数与分布,有利于内衬陶瓷层、中间过渡合金层与钢基体之间的连接,从而使复合管径向压溃强度与抗剪强度提高。

Mg/Al双金属固相复合界面特征与性能

Mg/Al双金属层状复合材料因兼具镁合金低密度和铝合金耐腐蚀的特性,在轻量化与高性能成形制造方面应用需求巨大.而金属材料接触面在固态下直接结合的双金属固相复合工艺,因避免了液–液复合或液–固复合中氧化、夹杂等缺陷对复合材料性能的影响,在双金属复合技术中具有显著的优势.为阐明Mg/Al双金属固相复合过程中热变形条件对复合界面特征和性能的影响规律,开展了变形温度300~430℃、应变率5×10^(-3)~1 s^(-1)和变形量20%~40%条件下的热压缩复合实验,采用扫描电镜、能谱仪和维氏硬度仪获得了复合界面的微观形貌、元素和硬度的分布规律.结果表明:随着应变率降低、变形量增加和变形温度升高,元素扩散时间增长、扩散能力增强,过渡区总厚度增加,形成了Mg_(17)Al_(12)相和Al_(3)Mg_(2)相组成的高硬度金属间化合物层.在此基础上,通过建立金属间化合物层的厚度演化模型,结合双金属冶金结合的临界变形量计算公式,构建了Mg/Al双金属复合界面特征随热变形条件演化图.计算结果说明:较高温度(>400℃)和较高应变率(~1 s^(-1))的变形条件在保证Mg/Al双金属冶金结合同时,可以抑制金属间化合物层的出现和长大,从而有助于良好复合界面的实现.

不同挤压比下Mg/Al双金属界面的微观组织与力学性能研究

利用正挤压将镁合金MB26和铝合金7075在不同挤压比下挤压成包覆棒材。重点研究了镁铝复合棒材在不同挤压比下的微观组织和力学性能。结果表明,挤压温度450℃时制备的Mg/Al复合棒材在不同挤压比的试样界面厚度不均,在170~2300μm,且在界面上能看到一些微孔;界面处的硬度值明显高于镁铝两基体的硬度值,高达256HV以上;随着挤压比的增加,镁铝结合界面的硬度增大,界面厚度增加,晶粒变得细小;在高温高压下,Mg/Al复合棒材在界面结合区发生了元素的扩散,进而在结合界面发生冶金反应：近铝侧生成Al_3Mg_2相,近镁侧生成Al_（12）M_（17）相。

金属层状复合材料的力学行为及微观变形机理

金属层状复合材料作为一种典型的非均质材料,通过调控其内部的多尺度微结构特性,可以实现金属结构材料强度-韧性的协同提升,在高端先进制造领域具有潜在的应用前景。金属层状复合材料的宏观力学性能显著依赖于各组元层的性能、厚度和异质界面的结构特性。变形过程中材料内部的微观应力/应变在异质界面处的协调特性对组元金属的形变微观机制产生重要影响,进而影响复合材料整体的性能。因此,探索金属层状复合材料的“微观结构-力学行为-变形机制-宏观力学性能”的内在关联并揭示其对应的微观形变机理,对设计具有优异综合力学性能的金属层状复合材料有重要的理论指导意义和实际应用价值。聚焦于晶态金属层状复合材料的微观力学行为及变形机理,介绍了其力学行为的尺寸与界面效应,着重讨论了室温下材料的微观形变物理过程,阐明了非均匀金属层状复合体强韧化的机理。最后,对金属层状复合材料力学行为的研究进行了简要展望。

颗粒增强金属基复合材料界面微观结构和性能研究进展

界面作为颗粒增强金属基复合材料中硬质颗粒和金属基体之间连接的“纽带”,直接影响复合材料的力学和摩擦性能,为了更好地揭示界面特性与复合材料整体性能之间的耦合关系,需要对界面展开微观研究。综述近年来对颗粒增强金属基复合材料界面的研究进展。主要分为三个方面:界面结构显微表征,即通过一系列电子显微镜和能谱分析,得到界面形貌、反应产物以及取向关系等信息;微观力学性能测试,即表征界面在微观尺度下的形变和失效过程,进而得到结合强度、断裂韧性等信息;模拟计算,在常规试验达不到的尺度,分析界面的结合能、电荷分布和电子结构,以及模拟界面的变形和失效过程。界面的微观研究对于界面改性和进一步提高颗粒增强金属基复合材料性能具有一定的指导意义。

双层陶瓷复合材料与金属在空气中的钎焊

为寻求陶瓷与金属连接的新途径 ,研制了一种可焊接双层陶瓷复合材料 ,然后将双层陶瓷复合材料与金属在空气中进行钎焊。采用声学显微镜对双层陶瓷复合材料进行了分析测试。并用抗剪试验评价了接头的连接强度。结果表明 ,接头抗剪强度平均为

AlN陶瓷表面钛金属化反应机理及微观结构

通过X射线衍射分析和扫描电镜观察研究了利用融盐热歧化反应法在氮化铝陶瓷表面生成的钛金属化复合膜的组成、金属化膜与氮化铝陶瓷基体之间的界面反应及界面层的显微结构。研究发现,钛金属化膜非常均匀致密,膜层与氮化铝陶瓷基体结合紧密,形成了一扩散层,钛与铝组元浓度在该扩散层中呈梯度分布,沉积到AlN陶瓷表面的钛金属与AlN发生反应主要生成TiN0.3、TiAl3和Ti9Al23。

纳米金属基复合材料、生物材料、磁性材料及界面微结构的研究进展

综述了纳米复合材料、生物材料、磁性材料及界面微结构的研究进展;特别是该课题组近 几年在金属基复合材料、钛基生物医学材料和双相纳米永磁复合材料界面等微观结构的研究成果.

双液双金属复合锤头的界面组织及磨损性能研究

采用消失模液-液复合铸造工艺制造高铬合金+中碳钢双液双金属复合锤头,对复合锤头的冶金结合界面及其铸态组织进行研究。结果表明,双金属的融合过渡界面呈不规整的线条状、组织致密,形成了稳定的冶金结合区。磨损试验表明,在摩擦时间为0.5 h、摩擦速度为8 mm·s^(-1)、载荷为30及90 N条件下,复合锤头表面的磨损机理主要为磨粒磨损和氧化磨损等轻微磨损。

TA2/AZ31B/2024Al爆炸焊接复合板界面微观结构特征及其动态力学性能

运用平行法爆炸焊接工艺,开展了TA2/AZ31B/2024Al多层轻质金属板材爆炸焊接实验。通过扫描电镜、电子背散射衍射、分离式霍普金森压杆及三维轮廓扫描等测试技术,对多层爆炸焊接复合板界面微观结构特征、材料物相变化规律、复合板材动态力学性能及材料冲击断口特征开展了系统研究。研究结果表明:焊后多层轻质金属复合板的4个焊接界面均呈现出爆炸焊接特有的波形结构特征,结合界面处无明显缺陷,总体焊接质量良好。结合界面处晶粒发生细化并形成细晶区,1060Al过渡层内晶粒组织由于强塑性变形呈现典型的拉长层状晶粒特征,4个结合界面处均出现明显的变形织构与再结晶织构特征。沿X方向的试样最大动态抗压强度达605 MPa,分层断口界面三维形貌呈现近似水面波纹的独特结构特征。沿Z方向的试样最大动态抗压强度达390 MPa,断口界面三维形貌呈现明显的纤维状韧性断裂特征。

金刚石界面金属碳化物过渡层强度的研究(金刚石焊接机理研究之二)

通过对试样进行强度测试后 ,在高倍电镜和能谱仪上对金刚石界面金属碳化物的微观结构和含量的观察、分析 ,测量其表面金属碳化物面积 ,计算出不同添加剂所生成的金属碳化物在不同浓度和粒度的金刚石中所生成强度的排序 ,从而确定不同金属碳化物及其物理力学性能的差异 ,为金刚石制品的生产与开发提供理论依据。

慢正电子束流技术在金属/合金微观缺陷研究中的应用

正电子湮没谱学技术是研究材料微观结构非常有效的一种核谱学分析方法,主要用于获取材料内部微观结构的分布信息,特别是微观缺陷结构及其特性等传统表征方法难以获取的微观结构信息.近年来,在慢正电子束流技术快速发展的基础上,正电子湮没谱学技术在薄膜材料表面和界面微观结构的研究中得到了广泛应用.特别是该技术对空位型缺陷的高灵敏表征能力,使其在金属/合金材料表面微观缺陷的形成机理、缺陷结构特性及其演化行为等研究方面具有独特的优势.针对材料内部微观缺陷的形成、演化机理以及缺陷特性的研究,如缺陷的微观结构、化学环境、电子密度和动量分布等,正电子湮没谱学测量方法和表征分析技术已经发展成熟.而能量连续可调的低能正电子束流,进一步实现了薄膜材料表面微观结构深度分布信息的实验表征.本文综述了慢正电子束流技术应用研究的最新进展,主要围绕北京慢正电子束流装置在金属/合金材料微观缺陷的研究中对微观缺陷特性的表征和表面微观缺陷演化行为的应用研究成果展开论述.

热扩散制备高导电性铜/铝双金属复层材料及界面组织性能调控研究

目的采用热扩散方法制备Cu/Al双金属复层材料,研究热扩散下界面生成的物相种类及工艺参数对界面物相厚度的影响,以期获得兼具力学性能和良好导电性的Cu/Al双金属复层材料。方法在温度区间为550~570℃、压力为28 MPa和保温扩散时间为20~40 min的工艺条件下,用真空热压烧结炉对1 mm厚的Al箔和7.68 mm的铜板进行热压烧结,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、维氏硬度计、万能试验机和高精度万用表对反应界面的宏观形貌、显微组织、力学性能以及导电性能进行研究。结果Cu/Al扩散反应后界面处生成的金属间化合物从铝侧到铜侧依次为:CuAl_(2)、CuAl、Cu_(3)Al_(2)、Cu_(9)Al_(4)相,随着扩散温度的提高和保温时间的增长,金属间化合物的各成分含量会有所增加。当热压温度为560℃、保温时间30 min时,可生成界面结合良好、综合性能优异的试样(抗弯强度为360 MPa,电导率为55.28 MS/m)。结论通过优化热压烧结工艺,可制备出界面结合良好且综合性能更优异的Cu/Al双金属复层材料。

双金属复合管界面结合性能概述

双金属冶金复合管作为一种兼具耐蚀性和经济性的复合管材,已在石油天然气开采领域得到推广应用。本文主要介绍了双金属冶金复合管界面的微观组织调控,界面氢扩散及损伤机理和界面局部腐蚀行为,对双金属复合管的界面结合性能进行了探究。

纳米双金属多层膜力学行为的研究进展

纳米双金属多层膜是由2种金属按照一定的调制周期交替沉积而形成的一种层状薄膜材料,凭借着特殊的结构和优异的物理、化学和力学性能,在微机电系统、机械加工以及微电子器件等领域有着广泛的应用潜力,被国内外学者广泛关注和研究。针对近年来纳米金属多层膜力学行为的研究现状,围绕纳米金属多层膜的微观结构、力学性能及其内在塑性变形机制3个方面进行了综述。总结了纳米金属多层膜中的晶粒尺寸、孪晶以及异质界面等微观结构,分析了这些因素对其力学性能的影响,阐述了力学性能和塑性变形的尺寸效应,介绍了兼具良好强度和塑性的纳米金属多层膜设计策略,可通过控制多层膜的调制周期和引入合适的界面结构制备具有高强度/塑性的纳米金属多层膜,讨论了影响纳米金属多层膜塑性变形的内禀机制及主要影响因素。最后,对纳米金属多层膜未来的发展方向进行了分析和展望。

钢/铁双金属复合锤头的界面组织及性能研究

利用液-液复合铸造技术制备低合金钢/高铬铸铁双金属复合锤头。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、背散射衍射系统(EBSD)和显微硬度分析仪研究钢/铁双金属复合锤头的界面组织与性能。结果表明,液-液复合铸造实现合金钢与高铬铸铁良好的冶金结合,界面处存在厚度约为30μm的过渡层,界面处的显微硬度约为333 HV。

金属化陶瓷抗拉强度分析与探讨

本文叙述了金属化陶瓷的制备、应用领域、具体在工业产品中的使用要求、相关检测方法及检测标准。分析了金属化陶瓷生产过程和抗拉检测过程对抗拉质量的影响因素,并提出了相应的应对措施。