纳米复合银基电触头材料的研究

利用高能球磨技术及热压烧结工艺制备出第二相弥散均匀分布于 Ag 基体中的纳米复合 AgNi 和 AgSnO2 触头,对复合粉末和合金触头进行了 X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析。结果发现:经长时间高能球磨后,复合粉末的晶粒明显细化,第二相粒子尺寸已达到 40 nm 左右,并在球磨过程中通过嵌入、焊合弥散分布于Ag 基体中,消除了传统方法第二相聚集及在晶界处的连续析出等缺陷。在退火、热压过程中第二相并未明显长大,仍保持在 50 nm 左右。对触头进行 SEM 观察时发现,2 种触头的晶界处都保持着有利于电性能的 Ag 膜。与常规商用触头相比,纳米复合触头有分散电弧作用,表面没有明显的熔池和液体喷溅,呈现出较好的耐电弧侵蚀特性。

金属材料在高应变率下的热粘塑性本构模型

提出了一种考虑应变强化、应变率强化、热软化效应及材料损伤的本构模型 ,通过在Johnson Cook热粘塑性本构关系中增加一个随应变增大应力减速小的软化项 ,反映材料的损伤 .该模型可以很好地预测材料的整个变形过程 。

以车载储氢为目标的储氢材料研究进展

高效、安全的车载储氢技术研发是制约氢燃料电池车规模化商业应用的“瓶颈”环节。相比于高压氢瓶和低温液氢，材料基固态储氢在储氢密度、操作安全性和能源效率方面具有显著优势，因而被公认为最具发展前景的储氢方式。储氢材料历经数十年发展，尤其是随着近年来新型储氢材料的陆续发现，研究领域不断拓展，目前呈多材料体系、多储氢模式并行发展的格局。但与此同时，现有储氢材料／技术与车载储氢应用需求间的巨大差距并未因新型材料的发现而得到有效缩减，难于在温和操作温度下获取高储氢密度仍是各类储氢材料体系研究中面临的共性关键课题。

CNTs/TiO2复合材料的制备及光催化性能研究

碳纳米管具有大的比表面积、良好的导电性等优点,将其和半导体光催化剂复合,可以有效改善光催化剂活性,提高光催化效率。本文利用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为前驱物,制备碳纳米管/二氧化钛(CNTs/TiO2)复合光催化剂,研究其光催化活性。采用扫描电镜、XRD、拉曼光谱、吸收光谱等方法对复合材料进行表征,以甲基橙(MO)为目标降解物研究复合材料在紫外光下的光催化活性。结果表明,当煅烧温度为450℃时,TiO2较好的和CNTs结合,TiO2主要为锐钛矿型;CNTs/TiO2复合材料表现出优异的光催化性能(96%);TiO2和CNTs的质量百分比是影响光催化效果的重要因素。

电化学电容器中炭电极的研究及开发 I.电化学电容器

在介绍电双层电容器的基本原理及所使用的电极材料、电解质溶液、隔板和集电极等关键材料的基础上 ,进一步阐明了几种具有实用价值的电容器 ,如带有准电容量的金属氧化物电容器、导电高分子电容器和混合电容器的原理结构、性能及优缺点。最后评述了电化学电容器的独特性能、应用现状。

纳米碳管电化学储氢的研究进展

纳米碳管的储氢是近年来纳米碳管领域研究的一个热点。纳米碳管储氢研究有两种方法 ,一种是气相法 ,另一种是电化学法。本文对纳米碳管电化学储氢的基本原理、纳米碳管电化学储氢的理论计算以及氢与纳米碳管的相互作用机制 ,特别是目前单壁和多壁纳米碳管电化学储氢的实验研究进展进行了综述 。

球磨和催化反应球磨制备的镁基复合贮氢材料及其性能

以ZrFe1.4Cr0.6或TiO2作为催化相,利用球磨和催化反应球磨的方法制备了Mg基复合贮氢材料,研究了其吸放氢动力学特征、循环性能和抗氧化性能。即使在较低的温度下,该复合材料也具有优良的动力学性能。利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析对该复合材料吸放氢前后的变化进行了表征。研究表明,覆盖在Mg颗粒表面的细小的ZrFe1.4Cr0.6或TiO2粒子起到快速通过的作用,球磨引入了大量缺陷,并使部分合金粉末进入Mg基体内部,这都提高了复合材料的吸放氢速率。

纳米碳管储氢机理的电化学研究

对流动催化剂法制备的平均直径为6nm的多壁纳米碳管(Multi walledcarbonnanotubes,MWNTs)进行纯化处理,提纯后的多壁纳米碳管利用透射电镜(TEM)表征和电化学储氢研究,同时对该纳米碳管电极进行了自放电实验。结果表明:多壁纳米碳管具有很高的电化学储氢容量(739mAh g),但氢与多壁纳米碳管之间的作用力很微弱,氢很容易从多壁纳米碳管中逃逸出。另外,通过对多壁纳米碳管的气相储氢性能的测试,根据实验结果推测:纳米碳管电化学储氢和气相储氢的主要吸附机理相同,即都是物理吸附。

动态载荷下剪切变形局部化、微结构演化与剪切断裂研究进展

总结和评述了近年来金属与合金变形局部化的形成、微结构演化与剪切断裂方面作者和相关的研究工作成果.材料包括低碳钢,SS304不锈钢,Fe-15%Ni-15%Cr单晶,Al-Li合金,α-Ti和Ti-6Al-4V,Al/SiCp复合材料等.综述内容主要包括:采用改进的Hopkinson扭杆装置,对剪切变形局部化形成、发展和演化过程进行了实验观察与数值模拟;采用"侧剖"与"对接"等定点方法制备电子显微镜薄膜试样,对剪切带内相变与再结晶、非晶转变、旋涡结构等动态变形现象,以及与宏观动态力学行为对应的位错胞的形成、发展和坍塌等微结构特征进行了观测;提出了应变和应变率同时作为剪切带形成的两个必要条件的直接实验证据;在剪切带内发现了α′-马氏体相变现象,以及相变产物与母体之间的晶体学关系;通过位错单滑移或交滑移等微观剪切最后发展成为宏观剪切的机制;对剪切带内再结晶结构的观测和对再结晶动力学本构关系的定量描述;对剪切带特别是"白色"腐蚀带(或相变带)的形成机制的分析和新的解释,指出"白色"是带内亚结构取向趋于一致,其在光学或扫描显微镜下很难辨认这些亚结构的取向差所致,并非表明剪切带内一定发生了相变;通过截断实验和实时跟踪观测发现,剪切带内微裂纹的萌生与聚合是材料承载能力骤然下降并导致最后断裂的主控因素.此外,本文对近年来在准静态和循环加载下材料的局部化形变与剪切断裂的实验结果予以简要评述,指出其微观机制与动态载荷下的截然不同,是由位错的平面滑移所控制的,与热效应无关的等温变形.

高性能钛合金的关键“基因”及高通量实验与计算技术的应用

加快高性能钛合金的研发速度、降低研发成本对我国高端装备制造至关重要。作为关键结构材料,强度、塑性与韧性是保障钛合金构件安全运行的关键力学性能指标。通过高通量计算可预测合金的模量、比热、热膨胀系数等多种物理性能指标,但是对于强度、塑性与韧性等力学性能指标尚缺少预测模型和公式,原因是力学性能间接依赖合金的化学成分,直接影响力学性能的因素是合金的微观组织。高性能钛合金的关键"基因"是成分、相/组织结构与晶体缺陷。高通量计算和扩散多元节建立合金成分与相的对应关系,相场动力学计算与模拟实现对相与微观组织演化的预测,通过微纳尺度力学性能测试技术获得微观组织结构的力学性能数据。期望通过以上各环节研究结果与数据的有机整合,建立钛合金成分、相与微观组织、力学性能数据库,有助于提升高性能钛合金的研发速度,满足我国关键技术领域对先进钛合金的需求。

Ti_3SiC_2与TiAl的显微结构与电子结构研究(英文)

现代高分辨电镜和高空间分辨分析电镜,使我们可以在纳米和原子尺度研究材料的显微结构和微区成份,从而极大地加深了我们对材料的结构与性能的理解.另一方面,随着信息技术的飞速发展,计算材料学也以前所未有的广度和深度,冲击着材料研究的模式.对显微结构的研究也是如此.材料的微结构,作为组成材料的大量原子在空间中的排列,本质上是由原子间的相互作用,即化学键决定的.借助第一原理总能与电子结构计算可给出原子间成键的详尽的信息,它在显微结构及其演变的研究中有很好的应用前景.本论文将先进电子显微术与计算材料学有机地结合起来,在从纳米、原子尺度到电子尺度等多个层次对钛基金属间化合物和陶瓷(Ti3SiC2,TiC,TiAl)的结构进行了研究.

基于声发射监测的砂轮磨损实验

难加工材料的高硬度和高耐磨性使得磨削加工过程中砂轮的损耗变快,目前主要依靠经验判断砂轮的修整和更换周期,很有可能导致修整不及时的情况发生.本文用声发射信号和磨削力信号共同精确监测砂轮磨损状态,通过分析不同磨损状态的砂轮磨削时对应的声发射信号的特征参数以及磨削力和磨削力比的变化情况,综合判断了实验过程中砂轮的磨损状态.结果表明:声发射信号特征参数都与砂轮磨损状态有一定相关性,且磨削力比与砂轮磨损程度的相关性最大,证明了声发射监测技术在砂轮修整中的有效性,为实际生产加工提供了理论指导.

冲击相变对FeMnNi合金层裂行为影响研究

通过逆向加载和等厚对称碰撞实验相结合的方法,确定了FeMnNi合金含冲击相变和卸载逆相变的完整加卸载物理过程和对应加载状态的层裂特征.采用修正的Boettger模型与非平衡两相相变理论模型,成功模拟再现了实验过程,解释了冲击相变、卸载逆相变及卸载冲击波形成的物理机理.利用获得的冲击加卸载历程,从应力波相互作用的角度分析了等厚对称碰撞样品形成"异常"层裂的物理原因,指出层裂发生的机制正是由于受载样品发生了冲击相变和卸载逆相变.

Ti-Mo合金氢化物原位脱氢的相变研究

目的研究Ti-Mo合金氢化物在原位退火中相变行为,分析Ti-Mo合金氢化物原位退火中的结构变化.方法利用X射线原位衍射对不同成分的Ti-Mo合金的氢化物在退火过程中的相变用Rietveld法进行了分析.对晶格参数、微观应变在退火过程中的变化用Rietveld法程序进行了计算.对部分样品进行了透射电镜分析.结果 Ti-Mo合金饱和充氢后形成面心立方δ相氢化物,在升温过程中转变为体心立方β相固溶体.随着温度升高,δ相与β相的晶粒尺寸和微观应变基本上都经历逐渐增大然后又变小的过程.在相转化的同时,δ相与β相的晶格参数基本随温度的升高而减小.衍射峰形和峰位存在各向异性展宽和位移.结论用X射线原位衍射结合Rietveld法得到了Ti-Mo合金氢化物的相变信息.δ相氢化物存在广泛的位错和层错(孪晶).一些样品在退火中同时出现两个不同晶格参数的β相.

碳纳米管复合磷酸铁锂材料的制备及性能(英文)

结合磷酸铁锂纳米化,并利用碳纳米管良好的导电性和大长径比等优良特性,采用喷雾干燥方法制备出碳纳米管原位复合磷酸铁锂正极材料。碳纳米管在材料合成过程中均匀分散在活性物质中,形成连续贯通的三维导电网络,这种结构可显著提高磷酸铁锂正极材料的电子导电性和锂离子的扩散速率。所得材料具有良好的大电流放电特性,在50 C充放电时,比容量达到99mAh/g;同时该材料也具有优异的循环性能,在10 C大电流充放电的情况下,450次循环后容量保持率仍大于90%。

3D打印多孔钛钢板一体化植入体修复髋臼后壁粉碎性骨折合并骨缺损的初步研究

目的 :探讨应用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)结合3D打印技术对髋臼后壁粉碎性骨折合并骨软骨缺损进行修复重建的可行性,评估多孔钛合金支架钢板一体化植入体复合氮化钛生物陶瓷涂层的生物力学性能。方法:基于连续断层CT图像,利用CAD软件来构建具有特定三维内部结构的多孔钛钢板一体化植入体数字模型,以Ti6Al4V粉末为原材料打印出实体并于其关节面复合氮化钛涂层,观察植入体与髋臼匹配和贴附情况;利用Ansys软件进行有限元建模,分析正常组、传统组及植入体组髋臼在相同载荷状态下的应力分布、应力传导及形变位移等情况,验证植入体的生物力学性能。结果:植入体的多孔钛合金支架与髋臼匹配程度良好,钢板形态基本与骨表面贴附,根据Matta复位标准评定为优。有限元分析结果显示:植入体重建后髋臼在Von Mises应力峰值13.38 MPa接近正常组13.11 MPa,小于传统组15.66 MPa;植入体重建后的髋臼在应力分布和传导与正常组基本一致,稍优于传统组;植入体的最大相对位移为0.166 mm,处于可以接受的范围。结论:3D技术制备的多孔钛合金支架钢板一体化植入体复合氮化钛涂层具备优良的匹配度和生物力学性能;解剖重建使后壁头臼应力分布及传导恢复比较理想,接近正常的髋关节,其为临床治疗髋臼后壁粉碎性骨折合并严重骨缺损的病例提供新选择。

合金化对β钛合金热膨胀系数的影响:第一性原理研究

使用德拜模型和准谐近似,结合第一性原理方法,考察Nb、Zr、Sn加入对beta钛合金热膨胀系数的影响。研究表明;Nb对beta钛合金的热膨胀系数有较大的影响,而Zr、Sn的加入对热膨胀系数影响很小;beta钛合金热膨胀系数的变化主要源于合金元素对体系体模量的影响;体模量升高,体系热膨胀系数降低;但当体模量随成分变化较小时(如Zr、Sn),其它因素如体积因素的共同作用将使体系的热膨胀系数变化趋于复杂。

β钛中合金原子与间隙氧的相互作用及氧在β钛合金中扩散的第一性原理研究

利用第一原理平面波赝势方法研究β钛间隙原子氧与合金原子(Nb,Zr,Sn)相互作用以及氧在β钛中的扩散。氧在纯β钛中的扩散研究表明:在0K下,由于β钛在低温下的结构不稳定性,氧在β钛中的稳定位置偏离高对称的八面体间隙位置,其扩散势能曲线为"W"型;随着电子温度的升高,β钛结构稳定性增加,扩散势能曲线趋于抛物线型。合金原子与氧的相互作用能计算结果表明,合金原子与其最近邻八面体中的氧相互排斥,与次近邻氧吸引。从合金原子与氧的化学作用及弹性作用两个角度对相互作用能进行分析。在TiNb中氧倾向于占据周围Ti原子较多且最近邻位置有Ti的八面体间隙。