适用于共晶焊的肖特基二极管背面金属化工艺优化

[目的]为了降低成本,减少污染,提高工艺效率,对肖特基二极管背面金属化工艺进行研究,探索锡锑合金替代金系合金的最佳不持温镀膜金属化工艺.[方法]通过持温镀膜与不持温镀膜对比实验,分析电子束蒸发镀膜基片温度对阴极金属层间黏附性和导电性,以及薄膜厚度对空洞率的影响,得到适用于批量共晶焊的肖特基二极管背面金属化最优工艺参数.[结果]当基片温度为180℃时,不持温镀膜的剪切力为64.53 N,高于持温镀膜的剪切力;当金属化锡锑合金膜厚为3μm时,共晶焊的空洞率低于5%,符合共晶焊要求;电子束蒸发镀膜背面金属层方块电阻随基片温度升高先减小后增大,温度在180~240℃之间,方块电阻随基片温度的变化不大.[结论]用于共晶焊的肖特基二极管背面金属化的最优工艺为基底温度升到180℃后在自然降温的同时进行多层金属镀膜,锡锑合金镀膜厚度为3μm.

用于探测液态金属-气体的DLC涂层式丝网探针数值模拟与结构优化

液态金属-气体两相流是铅冷快堆在蒸汽发生器传热管破裂(SGTR)事故下的物理现象之一,考虑到液态金属的不透明性、腐蚀性及高温性,本文提出一种类金刚石(DLC)涂层式丝网探针(WMS)对液态金属-气体两相流相态分布进行探测。基于COMSOL软件,建立了涂层式WMS的数值模型并进行了实验验证,通过电场模拟阐明了该新型探针应用于含液态金属气液两相流的可行性。进一步地,通过改变丝网电极的间距与直径、涂层的厚度,研究了结构参数对涂层式WMS测量精度的影响。结果表明,电极丝横向间距为2~3 mm、垂直间距为1.5~2 mm时,WMS测量精度较高,而涂层厚度和电极丝直径的影响较小。本研究可指导DLC涂层式WMS在液态金属-气体两相环境中的实际应用,并为分析SGTR事故后的多相分布提供技术基础。

THE EFFECTS OF MAGNETIC FIELD ON TWO-PHASE LIQUID METAL FLOW

In this paper,the basic equations of two-phase liquid metal flow in a magnetic field are de- rived,and specifically,two-phase liquid metal MHD flow in a rectangular channel is studied,and the expres- sions of velocity distribution of liquid and gas phases and the ratio K_0 of the pressure drop in two-phase MHD flow to that in single-phase are derived.Results of calculation show that the ratio K_0 is smaller than unity and decreases with increasing void fraction and Hartmann number because the effective electrical conduc- tivity in the two-phase case decreases.

一体化快堆的内增殖性能研究

为达到高燃耗、低后处理量、长换料周期,一体化快堆以高内增殖为设计方向。本文研究了棒径和P/D(栅距与棒径之比)两个主要堆芯设计参数与内增殖间的关系,研究了降低钠空泡反应性的措施对内增殖的影响。结果表明,棒径的增加和P/D的降低能够显著提高内增殖,为了降低钠空泡效应而增加上钠腔并降低堆芯高径比会造成内增殖的损失。棒径与P/D的具体取值应在物理与热工之间寻求平衡,而对钠空泡反应性应从反应堆整体安全设计上缓解,一体化快堆的设计应以内增殖性能和高效的闭式燃料循环为主要目标。

一维应变层裂过程中孔洞聚集行为研究

延性金属的层裂行为包含孔洞成核、长大和聚集过程,其中孔洞聚集难以通过实验方法直接观测。采用有限元分析方法,研究了延性金属层裂过程中孔洞之间的聚集行为和竞争机制,讨论了孔洞间初始韧带距离、孔洞直径和孔洞位置分布对孔洞聚集的影响。通过实时统计孔洞长大过程中直径的变化,定量分析孔洞聚集的起始时刻。计算结果显示:当初始韧带距离由20μm增加至50μm时,相同孔径孔洞间聚集的起始时间不断延长,聚集时的直径增长加速度由1.717 Gm/s^(2)降至0.602 Gm/s^(2);具有不同孔径比的孔洞之间发生聚集时,小孔优先向大孔靠拢;45°分布方式的孔洞在长大阶段的直径增长加速度最大,约为3.179 Gm/s^(2),且最早发生聚集。计算结果显示,在三孔聚集中,初始韧带距离和孔径相同的孔洞之间几乎同时发生聚集并贯通,且孔洞间聚集的起始时间随着初始韧带距离的增加而延长,大孔向附近小孔聚集的起始时刻较迟。计算结果揭示了层裂实验中难以观察到的孔洞长大和聚集的细观物理过程,对了解材料层裂的物理过程和本质具有重要的参考价值。

缺陷对特高压交流盆式绝缘子电场分布的影响

为了研究缺陷对特高压盆式绝缘子电场分布的影响,采用有限元软件ANSYS建立了特高压盆式绝缘子的基本计算模型,研究了气体间隙、凸起和凹陷等缺陷对盆式绝缘子电场分布的影响。结果表明,气体间隙长度越大,宽度越小,引起的场强越高;凸起和凹陷呈现出的场强峰值及电场分布规律均与其尺寸无关,电场增强系数与其位置无关;附着金属颗粒会显著增强其边缘的电场强度,电场增强系数随颗粒径向位置的增大而减小,随颗粒狭长程度的增大而增大;悬浮导电颗粒影响下,导电颗粒尺寸越大,距盆体表面越近,则盆体表面最大场强越高;内部气泡的电场增强系数与其尺寸及其在盆体内的位置无关。在研究的几种缺陷里,附着金属颗粒增强电场的影响最大,悬浮金属颗粒影响的区域范围最广。

基于细观损伤理论的刚塑性有限元方程

有限元软件一般将变形体当作致密体进行分析，很少考虑金属空穴损伤对成形极限的影响．基于Ｇｕｒｓｏｎ－Ｔｖｅｒｇａａｒｄ空穴型材料塑性势方程，利用正交法则在刚塑性材料的Ｌｅｖｙ－Ｍｉｓｅｓ流动规则中引入了空穴损伤对应力－应变率场的影响，给出了空穴增长率计算方法，推证了含空穴材料的刚塑性变分原理与含有空穴体积分数的有限元列式，考虑了空穴体积扩张对成形过程的影响．为研究体积成形时材料损伤、裂纹起裂及扩展奠定了基础．

强动载作用下孔洞汇合对延性金属层裂损伤演化过程的影响

针对强动载作用下延性金属的层裂问题,在分析孔洞之间几何关联的基础上,定义了一个新的耦合损伤及孔洞几何信息的孔洞汇合判定方法,同时,基于能量守恒原理,解析了孔洞汇合对损伤快速增长影响的物理机理.通过分析数值计算结果和对比相关文献的实验可知:孔洞汇合后不仅引起损伤增长,而且导致了损伤材料内部微孔洞数目的减少、孔洞平均尺寸的增加。

层裂损伤孔洞增长模型参数的确定方法及其应用

基于自由面速度曲线及其与层裂面处物理量变化之间的关联,考虑层裂损伤演化过程中波的传播与相互作用,进一步探讨了损伤演化过程中的临界状态,分析了孔洞增长层裂损伤模型参数所包含的物理涵义,并给出基于物理的模型参数确定方法.通过对两种典型延性金属OFHC铜和钽层裂实验结果的模拟,验证了该方法的合理性.本文给出的参数确定方法不仅可以扩展模型的适用范围,有效提高计算结果的可信度,同时,也为其他层裂损伤模型参数的确定提供了很好的借鉴作用.

板材成型中的分叉和断裂及其空洞扩展效应

用平面应力有限元方法分析空洞模型以模拟一种双相钢板材在成型过程中所遇到的微空洞损伤,经试算可使模型的总体和局部的响应与已有的实验相一致,由此可提供描述该材料的损伤本构参数并研究局部剪切带和扩散型颈缩等分叉现象,临界应变值的分布形成了成型极限图中的下限曲线,当空洞模型的总体应力急剧下降或微裂纹开始出现,其相应的总体应变值提供了上限曲线。

泡沫金属基复合相变材料的有效导热系数研究

为了更有效地预测泡沫金属基复合相变材料(composite phase change material,CPCM)的导热性能,提出了一种新的CPCM相分布模型,以此为基础建立了带有空穴子模型的简化传热模型,并利用等效热阻法推导得到泡沫金属基CPCM有效导热系数的通用计算式。传热模型考虑了相变过程中相变材料(phase change material,PCM)的体积变化和空穴分布的影响,使得有效导热系数的计算结果更加符合实际。

基于能量分析的韧性金属材料空穴型损伤演化及失稳破坏判据

从能量分析中给出了韧性金属材料空穴型损伤中塑性损伤的能耗散率，建立了一般的损伤演化规律；同时提出了材料失稳破坏准则，并给出了实验验证．

金属注射成形坯冷凝过程中缩孔生成的预测

本文用有限差分法模拟了金属注射成形坯件的冷却凝固过程，以预测坯件内部缩孔的生成，计算结果与实验结果基本相符。同时，作者还对模型中存在的误差的主要原因作了探讨，为进一步优化模型提供了可行途径。

高应变率下延性金属中微孔洞贯通行为的数值分析

采用有限元分析方法,研究了延性金属材料动态拉伸断裂过程中微孔洞之间贯通行为,讨论了初始孔洞间韧带距离和加载应变速率的影响。通过实时跟踪测量微孔洞长大过程中的形状改变,定量判断微孔洞开始贯通时刻。计算结果显示微孔洞从独立长大向微孔洞贯通转变开始的临界韧带距离约为0.5倍微孔洞实时直径,其对初始微孔洞间韧带距离和加载应变速率不敏感。从物理机制上看,微孔洞间贯通行为是通过塑性应变场相互作用实现的,但孔洞间韧带区域的塑性应变场需要达到一个临界阈值才能驱动微孔洞开始贯通。在材料中微孔洞统计均匀分布的假定条件下,指出临界孔洞间韧带距离(ILDc)判据和临界孔洞体积分数(fc)判据在物理本质是一致的,可以相互转换。

空心侵彻弹侵彻金属靶板的细观损伤行为研究

本文研究了三种钢制截卵形空心侵彻弹侵彻 4 5 #钢板的细观损伤机制。靶道试验后对侵彻弹的细观观察结果表明 :当侵彻弹以较低速度撞击靶板并保持弹体结构的完整时 (发生小变形 ) ,其主要细观损伤控制机制为微孔洞机制 ;当侵彻弹以较高速度撞击靶板 ,在弹体头部或头部与弹身交接处发生大变形或断裂破坏时 ,绝热剪切损伤机制为其细观损伤机制。材料的绝热剪切敏感性是侵彻弹毁伤威力和变形破坏的主要细观控制参量。透射电镜 (TEM )观察发现绝热剪切带为转变带 。

陶瓷间约束金属薄层中孔洞间的屏蔽效应及破坏机理

通过体胞分析方法，对处于陶瓷间约束金属薄层中和陶瓷／金属界面上的孔洞间的相互作用进行了大变形弹塑性有限元分析计算结果表明：（1）较软的约束层中的孔洞对界面上的孔洞的长大具有屏蔽作用.当约束层中孔洞与界面上孔洞的大小相差不大时，约束金属薄层中的孔洞对界面上的孔洞具有较强的屏蔽作用，破坏一般起始于约束层中；当约束层中孔洞较界面孔洞小得多时．它对界面上孔洞的屏蔽作用减弱，界面上的孔洞长大较快，破坏一般起始于陶瓷／金属界面；（2）在陶瓷的高约束下，约束层中材料的破坏机理与孔洞的大小有关，当孔洞半径较大而间距较小时．孔洞以通常的渐变聚合型破坏为主，反之。

引气混凝土气泡尺寸分布的三维重构

基于体视学和几何概率理论给出了引气混凝土三维气泡尺寸重构方法,由二维平面上气泡截面圆的直径分布计算气孔的实际尺寸分布,并生成了一个多尺度分布的立方体模型结构验证了该三维重构方法的合理性.然后,使用邻近粒子表面最近间距的解析解研究了气泡细度和混凝土含气量对邻近气泡表面最近间距平均值的影响,并与用传统方法得到的气泡间距因子进行了比较.结果表明,在含气量相同的条件下,用传统方法得到的气泡间距因子是邻近气泡表面最近间距平均值的3—4倍.该方法的给出,为从二维截面上获得的引气混凝土中的气泡截面圆信息获取实际气泡在三维空间中的气泡间距信息提供了依据.

缺陷对交流1100kV GIL三支柱绝缘子电场分布影响的仿真

缺陷及导电微粒会严重畸变气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)用三支柱绝缘子的电场分布,甚至引发击穿、放电故障。该文分析特高压(UHV)GIL内可能存在的缺陷及来源,应用有限元仿真软件COMSOL研究了界面缺陷、内部气泡和导电颗粒对三支柱绝缘子电场分布的影响。结果表明,嵌件界面剥离和中心导体气隙对绝缘子电场分布有着相似的影响规律,其延伸长度越长,缺陷宽度越窄,则绝缘子表面最大电场强度越高。内部气泡对电场分布的影响与尺寸基本无关,但与其位置相关,越靠近金属嵌件对电场的影响越严重。附着导电颗粒会显著增强周围电场,其尺寸越大、电场畸变的范围越大,但对最大电场强度值影响较小;悬浮导电颗粒的尺寸越大,距离三支柱绝缘子表面的垂直距离越小,在三支柱绝缘子表面引发的电场畸变越严重;电场强度最大值随着导电颗粒靠近绝缘子腹部中心而增大。此外,所研究的几类缺陷中,附着导电颗粒对三支柱绝缘的危害最大,其次为界面缺陷。

基于Gurson模型的船用金属单向拉伸断裂分析

船体结构在外力载荷的作用下会有断裂失效的风险,针对船用金属试件的单向拉伸断裂现象,采用Gurson模型进行数值分析。阐述Gurson模型及相关理论,并基于C++语言实现其求解功能。分别研究初始缺陷比例、外部载荷、材料弹性模量和抗断裂性能对金属试件断裂现象的影响。通过与Q235低碳钢及铝合金的单向拉伸试验测量数据相对比,发现二者具有较好的一致性,说明该方法在评估结构断裂性能方面是可行的,程序是可靠的。

高碳钢盘条缩径原因的研究

用扫描电镜、大型金相显微镜观察分析高碳钢盘条的缩径,结果表明:造成缩径的主要原因是盘条中的非金属夹杂物超标、方坯偏析和缩孔。根据这一结果,提出了改善高碳钢盘条质量的措施和建议。