梯度结构金属材料研究进展

随着国民经济的快速发展,人们对金属材料的要求日益增加,这就要求金属材料在具有高强度的同时,也需要其具有良好的韧性、耐磨性、耐腐蚀性、高疲劳强度等性能。梯度结构是一种成分、组织或相(或组元)逐渐向另一成分、组织或相(或组元)过渡的结构。这种结构不仅能有效避免尺寸突变引起的性能突变,还能使材料具有不同特征尺寸的结构相互协调,使材料的整体性能和使役性能得到极大优化和提升,为实现材料强韧性的完美匹配和多功能性提供了一个重要方向。介绍了梯度结构金属材料的研究背景、制备方法、优异性能及最新研究进展,并探讨了梯度结构金属材料的研究方向和应用前景。

铝基复合材料焊接的研究现状与展望

介绍了铝基复合材料几种典型的熔化焊、钎焊、固相焊接方法。从焊接的特点,所面临的问题等方面介绍了这几种焊接方法的研究进展,并重点介绍了目前最受关注的搅拌摩擦焊接技术在铝基复合材料中的研究进展。最后展望了这些焊接方法的发展前景。

金属材料疲劳损伤的界面效应

总结了不同金属材料在低周疲劳过程中典型的晶界、孪晶界、相界和微电子互连界面的损伤开裂行为.纯Cu中疲劳裂纹萌生的难易顺序为:小角度晶界、驻留滑移带和大角度晶界.对于纯Cu与铜合金中退火孪晶界,是否萌生疲劳裂纹与合金成分有关,随合金元素的加入降低了层错能,退火孪晶界相对容易萌生疲劳裂纹.对于Cu-Ag二元合金,由于存在不同的晶界和相界面,是否萌生疲劳裂纹取决于界面两侧晶体的取向差,通常两侧取向差大的界面容易萌生疲劳裂纹.在微电子互连界面中,疲劳裂纹萌生位置与焊料成分和时效时间有关,对于Sn-Ag/Cu互连界面,疲劳裂纹通常沿焊料与界面化合物结合处萌生;对于Sn-Bi/Cu互连界面,随时效时间增加会出现明显的由于Bi元素偏聚造成的界面脆性.

石墨烯/聚合物复合材料的研究进展及其应用前景

随着石墨烯低成本宏量制备技术的突破,石墨烯的工业化应用进程已引起人们广泛关注。本文介绍了石墨烯在聚合物基复合材料领域的研究进展,侧重阐述石墨烯/聚合物复合材料在力学增强、导电/导热网络构建、防腐阻燃等方面的代表性研究成果,同时对商业化石墨烯产品及其复合材料应用进行了简单评述,探讨了石墨烯/聚合物复合材料领域目前存在的主要问题及未来发展趋势。

小尺度材料的疲劳研究进展

小尺度材料广泛应用于微电子机械系统及大规模集成电路等微/纳米系统中.由于这些材料的几何尺度和微观结构尺度均在微米至纳米范围,它们对位错行为的约束作用以及表面和界面的影响导致了其疲劳行为与块体材料不同.本文就近年来国内外开展的有关小尺度材料(如薄膜材料)疲劳实验方法、循环形变行为、疲劳裂纹的萌生以及扩展行为进行了综述,对相关的疲劳尺寸效应及机理进行了探讨,并对今后这一领域的研究前景及方向进行了展望.

热电池正极材料的研究进展

热电池是20世纪40年代以后发展起来的一种新型高温能源电池,正极材料的发展在很大程度上决定了热电池性能的提高,研究与开发新型热电池正极材料是提高热电池性能的重要内容之一。本文主要介绍热电池的氧化物正极材料和硫化物正极材料及其合成方法和表征手段,比较了几种不同热电池正极材料的特性及存在的问题。简要叙述了在该领域的研究现状,展望并提出了不断探索新型热电池正极材料的趋势。

晶态颗粒、枝晶增韧非晶基复合材料的研究进展

综述了晶态颗粒、枝晶增韧非晶基复合材料的种类与形成机理。分别介绍了这种材料的微观组织与力学性能,并对其变形(增强韧)机理进行了分析,在此基础上展望了今后的研究方向。

化学气相沉积法碳包覆改性锂离子电池电极材料的研究进展

主要介绍了CVD碳包覆工艺、包覆层种类和物理性质(结构、含量和分布)对电极材料电化学性能(首次容量、首次库仑效率、循环和倍率充放电性能等)的影响,在此基础上提出了尚需深入研究的问题,并对CVD法碳包覆改性电极材料的发展趋势和前景进行了讨论。

金属熔滴在基片上方和基片下方的润湿性研究

为了研究重力对润湿过程的影响,设计了2组润湿实验方案,即Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5合金熔体在SiC基片上方和Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5合金熔体在SiC基片下方。结果表明:当合金熔滴在SiC基片下方时,在重力的作用下,熔滴的高度随温度的升高先增大后减小;合金熔滴在SiC基片上方时,熔滴的高度只是随温度的升高而减小。无论是在连续升温情况下还是在等温润湿过程中,Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5合金熔体在SiC基片上方时的润湿角都要更小一些。说明在地面重力场环境中,熔滴与基片的不同空间方位对液态Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5合金与固态SiC基片之间的润湿角有很大影响。

(Y，Gd)2O3：Eu闪烁体材料的研究进展

阐述了闪烁体的研究现状,主要介绍了(Y,Gd)2O3:Eu(简称YGO)陶瓷闪烁体材料的性能特点,特别对YGO的晶体结构和发光性能的研究进行了总结;并对YGO粉体材料的制备及烧结方法进行了叙述。展望了YGO闪烁体材料未来的研究前景及研究重点。

稀土硅酸盐陶瓷材料研究进展

稀土硅酸盐陶瓷具有良好的抗水蒸气腐蚀性能和较低的热膨胀系数,被认为是下一代硅基陶瓷环障涂层候选材料。研究发现,部分稀土硅酸盐陶瓷具有较低的热导率,使得它们兼具隔热和抗腐蚀的性能,有望成为硅基陶瓷环/热障一体化涂层材料。本文评述了稀土硅酸盐陶瓷的种类、本征热学性能、力学性能以及抗低熔点氧化物熔盐和水蒸气腐蚀的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。

Y_4Si_2O_7N_(2-)BN复合材料抗热震性能研究

系统地研究了Y4Si2O7N2-BN复合材料的抗热震性能.计算表明,Y4Si2O7N2-30vol.%BN复合材料具有较高的热应力断裂抵抗因子R1值.进一步的实验证明该复合材料的临界热震温差为850~900 K.第二相h-BN在热震条件下的层间劈裂愈合机制对复合材料保持较高的残余强度有利.

铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有优质、高效、节能、环境友好等优点,广泛应用于航空航天、船舶、轨道交通、汽车等工业领域。为了实现车体轻量化,铝-钢异种金属的搅拌摩擦焊研究得到越来越多的重视。从搅拌摩擦焊的工艺、组织及性能三个方面,对铝-钢异种金属搅拌摩擦焊的国内外研究现状进行综述。研究现状表明,通过控制界面金属间化合物的生成量,可得到高质量的铝-钢异种金属的搅拌摩擦对焊、搭焊及点焊接头,优化工艺参数下其拉伸性能可与母材相当,然而在铝-钢界面的精细结构表征和复杂应力状态下接头的力学性能方面还需要进一步的深入研究。此外,对未来铝-钢异种金属搅拌摩擦焊的研究方向进行展望。

基于硬脆材料加工的金刚石涂层硬质合金刀具制备及切削性能研究

利用热丝化学气相沉积法,在硬质合金球头铣刀表面制备出不同碳源浓度的金刚石涂层,研究了碳源浓度对金刚石涂层微观结构及刀具切削性能的影响。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱吸收仪和X射线衍射仪分析了刀具表面金刚石涂层的表面形貌、组成成分和晶粒取向,并利用制备的金刚石涂层铣刀进行石材加工实验。结果表明:与2%、3%碳源浓度相比,1%碳源浓度所制备金刚石涂层的晶粒尺寸较大,微米级金刚石晶型完整;3%碳源浓度金刚石涂层表面生成了大量纳米金刚石晶粒。碳源浓度为3%的金刚石涂层铣刀的后刀面磨损量最大,而1%碳源浓度金刚石涂层铣刀的涂层与基体结合力高,铣刀后刀面磨损量最小,金刚石涂层未明显剥落,切削寿命最长。

钛铝金属间化合物铣削加工试验研究

γ-TiAl金属间化合物是新型航空材料,由于室温延展性低,在切削过程中很难形成塑性变形,试验加工表面出现材料拉出、片层结构直接破坏的现象,加工表面质量差。本文通过对γ-Ti Al进行加工试验,研究切削参数对加工表面质量和加工表面横截面的微观形貌的影响,结果表明在片层方向与加工表面垂直的区域发生片层结构扭曲,产生塑性变形,随着切削深度的降低或进给速度的增加,加工表面塑性变形减小,加工表面质量变好。

IVB和VB过渡族金属碳化物及其表面的结构和电子态的第一原理研究

通过第一原理方法系统地研究了IVB和VB过渡族金属碳化物块体以及表面的结构和电子态性质．讨论了不同碳化物表面褶皱的共同特征和相互差别、碳化物表面褶皱的产生对表面电子分布情况和表面能的影响、碳化物的结合能和表面能的变化趋势、以及表面能与结合能之间的关系．提出了块体结合能和表面褶皱程度两种因素共同影响和决定IVB和VB过渡族金属碳化物(001)表面能的观点．

FCC金属Pd中晶界滑移的研究

使用位能图方法对金属Pd中晶界滑移的研究表明:有序晶界滑移易于开动,有序晶界的滑移可以引起晶界的迁移;与有序晶界相反,无序晶界的滑移很难开动.该结果可以解释形变过程中应力集中和位错发射通常均出现在无序界面处.

18MnSiCr超高强钢焊接材料及焊后热处理研究

通过试制两种w(Mn)/w(Si)=3的超高强钢,分析了S元素对该超高强钢力学性能的影响。分别采用高强焊条和焊丝进行焊接试验,通过金相、硬度、冲击、拉伸试验分析了两种不同焊材成分对焊接接头力学性能的影响。试验结果表明,采用S含量较低的超高强钢,匹配低Cr高强焊丝,焊后进行适当的低温热处理,可获得综合性能优良的焊接接头。

国家自然科学基金重大项目“金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备”结题综述

国家自然科学基金重大项目"金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备"经过4年的研究,在多尺度金属结构材料的设计、制备、性能、微观组织结构表征、强韧化机制和断裂规律以及跨尺度计算模拟方面取得了一系列原创性的成果。该重大项目的实施和完成,在破解金属材料强度=塑韧性倒置关系这一难题上迈出了实质性的步伐。在3种组织结构中,即多尺度、非均匀、多层次耦合结构,均发现强度-塑性关系显著区别于均匀体系。在取得丰硕学术成果的同时,该重大项目实施过程中对"贯通式"材料科学研究模式也进行了有益的尝试,有效缩短了解决问题的时间周期,并催生了创新性成果的产生。

天然石墨球-热解炭核壳结构的制备及电化学性能研究(英文)

通过化学气相沉积的方法,以乙炔为碳源,天然石墨球为原料,采用不同流化床CVD工艺和不同的反应时间,制备出具有光滑表面或颗粒状热解炭包覆层的核-壳构型改性天然石墨球。改性天然石墨球的核体是具有高度有序石墨结构的天然石墨,而壳体是无序结构的热解炭。与天然石墨球相比,具有核-壳结构的改性天然石墨球的首次库仑效率和循环性能都得到显著改善。尤其是具有颗粒状热解炭包覆层的改性石墨具有优异的循环性能,在41次循环后其放电容量仍为首次容量的84%,这一改善归因于表面沉积的颗粒状热解炭有效地降低了改性天然石墨颗粒之间的接触电阻和增加了接触面积。