陶瓷基复合材料界面微区力学行为的研究进展

作为热结构材料,陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC)在航空航天领域应用潜力巨大。连续纤维的引入解决了陶瓷脆性大的问题,而纤维与基体间微小区域——界面层的设计是保证CMC具有高韧性的关键。一直以来相关研究主要集中于界面层与CMC宏观力学性能之间的关系,受限于表征难以深入研究界面层微区力学行为的困难。随着微纳力学测试与聚焦离子束(focused ion beam,FIB)技术的发展,近些年来对于CMC界面层结合强度以及其失效行为的表征逐渐增多。在此基础上,本文综述CMC中界面层的作用以及界面剪切强度的影响因素与调控机制,同时汇总当下通过直接或间接手段测试界面剪切强度的方法,重点总结微纳力学手段下纤维push-out/push-in以及微柱压缩等方法的适用条件以及差异,报道这些方法在界面区失效机制研究方面的进展,并指明尚存在的一些问题。其中,纤维pushout/push-in可以反映基体应力作用对界面剪切强度的影响,但测试结果可能受到外部因素的影响;而微柱压缩测试则更多地反映界面层本征特性,无法反映基体应力对界面剪切强度的影响,也无法反映纤维拔出过程。最后展望未来的研究方向:进一步拓展界面微区力学行为的表征方法,同时确定微区力学与宏观力学性能间的影响机制并建立模型,最终实现CMC的界面层优化。

增压式真空预压固结淤泥质软土的试验研究

为进一步研究增压式真空预压对软土固结效果的影响,分别进行常规真空预压、通气和注气式真空预压固结淤泥质软土的室内模型试验,对比分析了3种处理方式后软土沉降量、含水率、抗剪强度、土颗粒形态、孔隙结构等宏微观特征差异。结果表明:相较于常规真空预压,通气和注气式真空预压土样沉降量分别增大了5.6%和12.3%;土体骨架颗粒大小更加均匀且排列密实,颗粒接触形式由点接触向面接触过渡,孔隙直径和数量也明显减小;增压式真空预压可以显著增大深部土样抗剪强度,使土体强度更加均匀,其中以注气式真空预压加固软土效果最好,土体抗剪强度增大了11.2 kPa。研究成果有助于揭示增压式真空预压对软土固结效果的影响机制。

Effect of Ultrasonic Vibration on Deformation in Micro-blanking Process with Copper Foil

Effect of ultrasonic vibration on deformation in micro-blanking was investigated with copper foils of different grain sizes using a developed device. It is found that maximum shearing strength is decreased by ultrasonic vibration, and this effect becomes bigger for coarse grain than that for fine grain, which can be attributed to acoustic softening effect considering the absorbed acoustic energy. Surface roughness R_a of smooth zone decreases for the polishing effect of vibration at the lateral contact surface. When ultrasonic vibration is applied, the sheared deformation area becomes relatively narrow, and it leads to the reduction of radius of rollover. The analysis of cross section in sheared deformation area shows that the crack initiation is inhabited for the existence of acoustic softening, and the proportion of smooth zone is increased. Also, angle of crack propagation becomes smaller because of periodic strain, and the angle of facture surface is decreased. As a result, the quality of micro-sheet parts is improved by applying ultrasonic vibration.

冻融作用对岸坡土体宏微观特性及岸坡稳定性影响研究

冻融作用是季冻区岸坡失稳破坏的主要原因。以黄河内蒙古什四份子弯道岸坡土体为对象,通过三轴剪切和扫描电镜试验,研究了冻融作用下岸坡土体的宏观和微观特性,并基于强度折减法,对冻融前后岸坡稳定性进行了分析。结果表明:随冻融循环次数增加,土体弹性模量、黏聚力和抗剪强度均呈减小趋势,其中弹性模量大小与含水率成反比,黏聚力在15次冻融后降幅达43.6%~60.04%,内摩擦角无明显变化规律;冻融后土体颗粒真圆度和孔隙概率熵随冻融次数增加先下降后上升,颗粒分形维度变化趋势与之相反,土体定向性和孔隙率呈增大趋势;黏聚力与土体孔隙率和颗粒真圆度相关,特别是与孔隙率呈高度负相关性,且土体微观参数间有明显的自相关性;冻融后岸坡稳定安全系数降幅达41.8%,说明冻融作用会显著降低岸坡稳定性,冻融后岸坡易发生失稳破坏。

引江济淮白山船闸水泥土强度试验

智能化双向搅拌桩技术在引江济淮白山船闸工程中得到了推广应用,为研究白山船闸水泥土的强度变化规律以及新技术应用效果,通过制备不同形状、水泥掺量和龄期的水泥土试样,进行无侧限抗压强度试验和三轴不固结不排水试验,获得水泥土的应力应变关系、抗压强度及抗剪强度参数。室内试验结果表明:水泥土应力-应变关系为应变软化型,无侧限抗压强度随水泥掺量、龄期的增长而增大,与龄期对数近似呈线性关系;90 d龄期的圆柱体试样强度比立方体试样高约13%;变形模量与无侧限抗压强度的比值在55.6~96.2之间,受龄期影响较大;黏聚力与无侧限抗压强度呈近似线性增长关系,内摩擦角范围为22°~33°。现场芯样强度达到室内水泥土强度的70%以上,智能化双向搅拌技术能够在一定程度上改善搅拌桩成桩质量,采用强度比值的拟合关系式有利于弥补室内与现场水泥土的强度差异。扫描电镜(SEM)结果从微观角度揭示了水泥土的强度增长机理。研究成果可为类似工程研究提供依据。

大气氛围低温Au-Au薄膜键合的表面活化处理研究

提出了一种在大气氛围和低温条件下实现Au-Au薄膜的金属键合技术,研究了不同表面活化处理时间对Au-Au薄膜表面粗糙度、Au-Au薄膜的键合质量和可靠性的影响。实验结果表明,Au薄膜表面粗糙度随着表面活化处理时间的增加先减少后增大,当表面活化处理时间为20min时,Au薄膜表面粗糙度均方根为6.9 nm,悬挂键数量和粗糙度达到一个相对平衡的关系,Au-Au薄膜键合后的平均剪切强度为131.8 MPa,最大剪切强度高达159.1 MPa。因此,Au薄膜表面理想的表面活化处理时间可有效地提高Au-Au薄膜键合质量和稳定性,为实现混合集成Micro-LED器件的低温金属键合提供理论指导。

激光熔覆粉料和工艺参数对45钢基体与熔覆层结合强度的影响研究

通过选择合金粉料种类、激光输出功率、光斑扫描速度为影响因素,用正交试验方法在45钢基体上进行熔覆研究;使用剪切法测试熔覆层与基体的结合强度,分析评价各试验因素对结合强度的影响程度;测试了熔覆层的显微硬度,并使用高解析场发射扫描式电子显微镜进行熔覆层SEM成像和EDS成分分析。试验结果表明,激光熔覆层与基体的结合强度大于45钢基体的抗剪应力强度;镍基的熔覆层的抗剪强度为母材的2~3倍,铁基的抗剪应力强度为母材的5倍以上;粉料种类对结合强度的影响最大,光斑扫描速度次之,激光输出功率影响最小;靠熔覆层外部的硬度比结合部和中部的硬度均高,存在热影响区,硬度高于母材;熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合,组织均匀,无微裂纹等缺陷。激光熔覆层的结合强度能满足再制造的要求。

冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响

通过对洛川黄土在反复冻融作用下的电镜扫描观测、单轴压缩试验和三轴剪切试验,研究了冻融循环作用对黄土微结构和强度的影响.结果表明:随着冻融循环次数的增加,黄土的原始胶结结构逐渐被破坏,颗粒重新排列,土的结构越来越疏松,同级压力下土体的孔隙比不断增大;冻融循环50次后土样的原始胶结已完全破坏,当压力超过自重应力时会产生很大的附加变形.反复冻融作用使黄土颗粒之间原始固有胶结逐渐减弱,造成黏聚力不断降低.同时,较大的团粒破碎,颗粒均一化,颗粒与颗粒之间的接触点增多,表现为内摩擦角不断增大.多次冻融循环后,原状黄土的抗剪强度与重塑黄土的强度接近.

激光熔覆层微剪切性能的研究

利用微剪切试验原理对ＦｅＣｒＮｉ 合金和ＦｅＣｒＮｉ＋ Ｎ 包ＭＳ２ 激光熔覆层、熔覆层与基材交界处以及热影响区进行了微剪切试验。结果表明：熔覆层的剪切强度大小依熔覆合金成分而定；熔覆层与基材交界处的剪切强度比热影响区高，并比某些合金的熔覆层高。这说明，激光熔覆工艺中的熔覆层与基材交界处不是传统观念上的薄弱环节。

参与不同牙本质粘接界面退变过程中基质金属蛋白酶种类的研究

目的研究参与两种粘接剂形成的牙本质粘接界面退变过程中基质金属蛋白酶(MMPs)的种类。方法制备Single Bond 2和Clearfi l S3 Bond微剪切粘接试件,无菌人工唾液中分别浸泡0、6个月测试粘接强度,场发射扫描电镜(FE-SEM)观察界面断裂模式。制备4 mm×3 mm×1 mm牙本质片,分为对照组、Single Bond 2组和Clearfi l S3Bond组,无菌人工唾液浸泡0、6个月后,液相芯片技术测定各组MMP-1、-2、-3、-8、-9含量。结果老化6个月后,各组粘接强度显著下降。与对照组相比,老化过程中不同粘接剂组MMP-1、-3含量无明显变化,Single Bond 2组MMP-2、-8、-9含量显著降低,Clearfi l S3 Bond组MMP-8、-9含量显著降低。结论老化6个月后两种粘接试件均发生粘接界面退变,牙本质源MMP-2、-8、-9的含量显著降低,提示这些MMPs可能参与了牙本质粘接界面的退变。

川东天台乡滑坡滑带特征及其工程意义

天台乡滑坡是川东典型的缓倾角红层基岩滑坡,对其滑带特征进行详细的研究有助于揭示缓倾角红层基岩滑坡的形成机制。物理性质实验证明,天台乡滑坡滑带土为可塑粉质黏土。X射线衍射分析表明,天台乡滑坡滑带土主要矿物成分为绿泥石、伊利石、石英、长石与方解石;扫描电镜观察发现,滑带土微观结构以片状结构与定向排列结构为主,微孔隙发育。作滑带土的直接慢剪试验,获得强度为:c=9.2～10.7kPa;=10.4°～12.3°;作滑带土三轴固结排水蠕变试验,获得蠕变强度为:c∞=18.1kPa;∞=8.0°。天台乡滑坡滑带滑带土中绿泥石和伊利石含量多,导致滑带的抗剪强度与蠕变强度低,是天台乡滑坡产生的主要内因。

退火时间对TA2/Q235爆炸复合板组织性能的影响

为降低爆轰产生的残余应力,TA2/Q235爆炸焊接复合板需进行退火处理。将TA2/Q235爆炸焊接复合板样品在550℃进行不同时间退火处理,通过显微组织观察、显微硬度检测、剪切强度测试,探讨退火时间对复合板晶粒尺寸、绝热剪切带、孪晶、硬度及剪切强度的影响规律。结果表明:退火时间为1 h时,界面结合区存在绝热剪切带,远离结合区存在高密度孪晶且硬度较大;退火时间为72 h时,剪切强度为171 MPa,不能满足生产要求。综合考虑退火时间对爆炸焊接复合板晶粒尺寸、绝热剪切带、孪晶及剪切强度的影响,TA2/Q235在550℃退火时,时间应大于1 h且小于72 h。

干湿循环作用下红土抗剪强度与微结构关系研究

针对云南红土型水库因水位升降引起库岸土体干湿循环的客观实际,研究干湿循环作用下库岸红土抗剪强度与其微结构的变化规律,揭示二者之间的内在联系,为研究红土型库岸失稳提供依据。通过红土试样的干湿循环试验,模拟水库蓄水和库水位反复升降引起的库岸红土干湿循环作用。结果表明:(1)在一定初始干密度条件下,红土的黏聚力、内摩擦角和抗剪强度均随干湿循环次数的增加而非线性减小,但在干湿循环次数约10次时趋于稳定。(2)干湿循环作用导致红土微结构发生变化。当初始干密度分别为1.2,1.3,1.4 g/cm^3、干湿循环次数达10次时,试样红土颗粒数量降幅依次为45.4%,38.2%,35.7%;孔隙率增幅依次为52.6%,45.9%,40.4%;孔隙面积增幅依次为64.4%,58.2%,50.8%。(3)在干湿循环作用下,红土黏聚力与红土颗粒的定向度和平均圆形度呈正相关关系,相关系数R分别为0.985和0.923。内摩擦角与孔隙率和孔隙面积呈反相关关系,相关系数R分别为-0.936和-0.912。干湿循环作用导致红土微结构的改变,从而引起红土宏观力学性质的变化。

微螺钉种植体支抗即刻加载的动物实验研究

目的研究微螺钉支抗种植体即刻负载的稳定性。方法以两只绵羊作为实验动物,分别于两侧下颌骨各植入4枚微螺钉种植体,共计16枚,随机选择一侧即刻加力200g为实验组,对侧不加力为对照组,通过测量种植钉-骨界面的剪切力,评价即刻负载对支抗种植钉稳定性的影响。结果实验组种植体的剪切力平均137.53N,对照组种植体的平均161.48N,两组剪切力值无统计学差异(P>0.05)。检测中随着载荷的增加种植体颈部出现不同程度的弯曲。结论良好的初始稳定性前提下适当力值的即刻加载不会影响种植体的稳定,可以满足正畸要求。

Sn-3.0Ag-0.5Cu/Ni/Cu微焊点剪切强度与断口的研究

用直径为200-500μm的Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅焊球分别在Ni和Cu焊盘上制作焊点，并对焊后和时效200h后的焊点进行剪切测试，并采用SEM观察剪切断口形貌。结果表明，焊后和时效200h后焊点接头的剪切强度都随焊球尺寸增大而减小。焊后断口处韧窝形状为抛物线型，断裂方式为韧性断裂；随着焊球尺寸的增大，剪切断口处的韧窝数量增多，韧窝的变小变浅。时效200h后，韧窝变浅，趋于平坦，韧窝数量也明显减少，材料的韧性下降，脆性增加，断裂方式由韧性向脆性发生转变。

一种放线菌对膨胀土工程性质的影响试验

从膨胀土的胀缩性和改性机理出发,采用摇管分离法和混合平板法从农田土壤和膨胀土中分离出对膨胀土胀缩性改良效果较好的菌株A9,并制成菌剂。利用直接剪切试验和胀缩性试验,对接入菌剂A9并经不同时间培养的膨胀土进行胀缩性指标和强度指标测试。结果表明,加入菌剂A9后膨胀土的粘聚力小于原土,内摩擦角则大于原土,但二者均随培养时间的延长而增长,30天后粘聚力可恢复至原土的粘聚力值;经标准培养30天后膨胀土的胀缩性较原膨胀土显著降低,胀缩总率由9.45%降低至3.35%,降幅达65%。X射线衍射分析发现,在微生物作用下膨胀土的矿物成分并没有大的变化,但从SEM图可以清楚看出,微生物作用引起了膨胀土微细观结构的变异。

沥青路面微表处抗剪性能试验研究

通过直剪试验并结合理论计算对沥青路面微表处的抗剪性能进行研究,研究表明:夏季高温时,微表处的抗剪强度可以抵抗极端不利条件下的车轮剪切力;在最佳油石比±1%的范围内,微表处抗剪强度不会随油石比的增加而减小;界面污染或界面有水会减小微表处与旧路面的粘结力。

水性环氧树脂微表处的层间抗剪性能

为改善路面加铺微表处薄层罩面后新旧路面间的层间抗剪性能,采用水性环氧树脂(WER)对微表处进行改性。依据直剪试验研究环氧树脂掺量、油石比、黏层油种类及用量、旧路面类型及水分对环氧树脂微表处层间抗剪性能的影响。结果表明,在微表处中加入水性环氧树脂能改善混合料的抗剪性能;与丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青相比,水性环氧改性乳化沥青高温及黏结性能更好,作为黏结材料对于提高路面层间抗剪性能更有优势;当微表处掺15%水性环氧树脂、油石比为7.7%、黏层油选用水性环氧乳化沥青且用量为0.6 kg/m^2时,结构层层间抗剪性能较好;在沥青混合料与水泥混凝土两种界面上,微表处与沥青混合料的层间抗剪性能更好。

纳米金刚石填料对光固化窝沟封闭剂黏结剪切强度和表面显微硬度的影响

目的 :观察纳米金刚石填料对窝沟封闭剂黏结剪切强度和表面显微硬度的影响 ,并比较其与气相二氧化硅之间的差别。方法 :按不同比例将纳米金刚石添加到窝沟封闭剂中 ,检测其黏结剪切强度、表面显微硬度。结果 :添加纳米金刚石后窝沟封闭剂的表面显微硬度明显提高 ,黏结剪切强度不受影响。添加 5、10、2 0、4 0g/L的纳米金刚石比添加 2 0g/L气相二氧化硅能获得更高的黏结剪切强度和表面显微硬度。结论

基于GIS的固化污泥三维孔隙率定量估算

固化污泥微观结构被认为是决定其宏观性质的重要因素,同时SEM图像的灰度值与固化污泥微观分布有紧密的相关关系。本文基于GIS图像理解与解释原理,对掺入不同量水泥作为固化剂污泥的SEM图像进行分析研究,得到三维孔隙率的估算数据,引入均方根误差检验提取结果的离散程度并予以修正,以探究基于图像解释固化污泥的微观研究方法和变化机理,同时对各配比样品抗剪强度、含水率、干密度进行研究,探究其与估算值得相关关系,以期对实际施工进行指导。结果表明:采用的固化污泥三维孔隙率提取方法是可行的,通过引入均方根误差以检验其离散程度能够使提取值变化趋势与真实值更加接近,为固化污泥微观结构定量研究提供了方法。