分子动力学在材料科学中的应用

分子动力学方法是进行物质原子或分子层次计算机模拟时所采用的一种基本方法。通过分子动力学模拟,可以给出原子尺度上材料及其演化过程细节的可能性,具有无先例的准确性,使材料设计和性能预测成为可能。本文分析了分子动力学模拟的基本原理和算法;综述了分子动力学在材料科学中的应用,介绍了最近发展的第一原理分子动力学模拟,指出材料科学中第一原理分子动力学模拟的应用还有待进一步发展。

材料科学综合实验课新探

本文从金属材料工程类人才的培养,反思现行的课程设置与培养方法,提出整合专业优势,重组综合实验教学体系,采用工程综合实验课形式进行教学改革。开阔学生视野,开展教师学生互动,开放实验室,综合实验围绕市场需求,以培养学生创新能力为主线,构筑提升学生创新专业能力的平台。

基于动态材料模型的材料热加工工艺优化方法

基于动态材料模型理论的加工图技术被广泛用于设计和优化材料热加工工艺中,以实现微观组织和性能的控制。综述动态材料模型的相关理论,介绍基于动态材料模型的稳定变形区和失稳变形区的各种判据及其物理含义,比较和分析各种判据的应用情况及其有效性,对判据在某些情况下预测失败的原因进行分析,指出利用各种判据优化材料热加工工艺时的选用原则。

用于控制材料热加工组织与性能的动态材料模型理论及其应用

动态材料模型及其加工图技术是一种可以用来对材料热加工过程进行优化设计,以实现对材料热加工微观组织和性能进行控制,提高产品质量和可靠性的理论方法。综述动态材料模型及其加工图技术的理论基础及其发展过程,对变形稳定区和失稳区判据的不可逆热力学和耗散结构基本理论以及各种判据的推导过程进行较详细的介绍,从理论角度比较和分析基于动态材料模型理论的各种变形稳定区和失稳区判据的优缺点及其适用范围,指出应用这些判据来实现材料热加工组织性能控制时应注意的一些问题。简要介绍采用动态材料模型理论及其加工图技术来解决实际热加工问题,以达到控制材料组织和性能,确保产品质量,提高生产率的应用情况。

复合材料用碳纤维的表面处理

碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳和抗蠕变等一系列优异性能,为了充分发挥碳纤维的性能,对其进行表面处理非常关键。分别介绍了碳纤维的气相氧化法、电解氧化法、液相氧化法、等离子氧化法、电聚合法、气相沉积法和表面镀层等表面处理方法,并比较了不同处理方法对碳纤维表面结构和性能的影响。碳纤维的表面处理对提高其使用性能是一个重要的保证措施,针对碳纤维不同的使用要求,应采用不同的表面处理方法。通过对比各种碳纤维的表面处理方法得知:目前应用最为广泛的是臭氧化法?阳极电解氧化法和等离子氧化法。

真空变压力浸渗法制备高体积分数SiC_p/Al复合材料

采用真空变压力浸渗法制备高体积分数SiCp／Al复合材料。结果表明，真空变压力浸渗法具有良好的渗流和凝固条件，避免了气体和夹杂物的裹入等问题；在压力为0．6MPa、保压时间为15min和温度为1073K的条件下，成功渗透了振实堆积的单一尺寸SiCp多孔体的最小粒径为17μm；而32μm的SiCp多孔体浸渗后的复合材料中SiCp体积分数达到了60％。在0．4～0．6MPa和1073K的条件下浸渗15min，可渗透的最小SiCp粒径达到了10μm，其体积分数为56％。经OM、SEM、XRD分析表明，铝液渗透均匀，内部组织致密，无明显的孔洞及夹杂等铸造缺陷，界面无脆性Al4C3相生成。

铝合金LF6与工业纯铜T1的搅拌摩擦焊工艺

利用搅拌摩擦焊技术成功地焊接了防锈铝LF6和工业纯铜T1对接接头,研究了工艺参数对接头组织与性能的影响。结果表明:搅拌头旋转速度与焊接速度的比值大小是保证接头致密性和决定组织、性能的关键因素,合适的焊接工艺参数可以获得组织、性能优良的Al/Cu接头。板材厚度较小时,形成良好焊缝的规范参数范围较宽,焊接过程中接头内部发生了剧烈的塑性流动。由于摩擦热与变形能的共同作用,在焊缝内部形成了Al3.892Cu6.108型金属间化合物,使焊缝局部区域硬度升高。

高体积分数SiC_p/Al复合材料的热物理性能

采用无压渗透法制备了高体积分数SiCp/Al复合材料,用XRD对复合材料的物相进行了分析,测定了SiCp/Al复合材料在25～200℃温度区间的热膨胀系数及热导率,运用理论模型对复合材料的热膨胀系数以及热导率进行了计算,并探讨了热物理性能与温度之间的关系。结果表明,高体积分数SiCp/Al复合材料具有较低的热膨胀系数、高的热导率,综合热物理性能优良。

电子封装SiCp/356Al复合材料制备及热膨胀性能

采用无压渗透法制备了SiCp/356Al复合材料,用SEM和XRD对复合材料组织形貌和物相进行了研究,测定了复合材料在50～400℃温度区间的热膨胀系数,分析了复合材料热膨胀性能的影响因素。结果表明SiCp/356Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,无明显新相形成,复合材料的热膨胀系数比基体合金的热膨胀系数显著降低,复合材料热应力引起热膨胀性能的变化随温度的不同而不同。

纳米Al_2O_3/PS复合材料选区激光烧结成形域及力学性能

在前期研究确认激光功率P和扫描速度v对成形粉末NH1的选区激光烧结(Selective laser sintering,SLS)成形性具有显著性影响的基础上,重点研究P和v对NH1粉末的SLS成形性的影响,研究发现当P较小、v较快时,SLS烧结件结构不致密,强度较低;当P较高、v较慢时,SLS试件容易着火和翘曲变形;只有合理匹配P和v(即处在成形区内),才能直接制备出变形较小、密度较高的烧结件。同时对相同工艺条件下的Al2O3/PS纳米复合材料与纯聚苯乙烯SLS试件的缺口冲击吸收功进行比较,结果表明纳米复合材料的缺口冲击吸收功提高20%～50%,其最大值达到10.5kJ/m2。利用场发射扫描式电子显微镜(FE-SEM)对NH1和纯PS(Polystyrene)粉SLS试件的断面进行微观结构分析,结果表明核壳式纳米Al2O3/PS复合粒子改善纳米氧化铝表面与聚苯乙烯极性的差异,纳米Al2O3在基体中分散性良好,且很好地起着增强增韧的效果。

MoSi_2及其复合材料的研究进展

介绍了MoSi2的性能特点,阐述了它的应用领域,并从合金化和复合化等方面综述了对MoSi2 及其复合材料进行强韧化的途径,同时还展望了其发展趋势和应用前景。

ZrO_2+SiC颗粒强韧化MoSi_2复合材料的显微组织和性能

通过显微组织观察和力学性能测试 ,初步探讨了ZrO2 +SiC颗粒对MoSi2 基体材料的强韧化效果和机制。结果表明 ,材料复合具有较好的强韧化协同效应 ,复合材料中ZrO2 相和少量SiC颗粒在基体的间层作用 ,可抑制MoSi2 晶粒长大 ;断口呈现晶粒细小、裂纹扩展曲折和沿晶与穿晶混合型断裂等特征 ;ZrO2 +SiC颗粒通过弥散强化和细化晶粒使复合材料强度提高 ,通过晶粒细化、裂纹偏转和分支。

压渗法制备陶瓷网络复合材料摩擦行为研究

提出了三维陶瓷网络(骨架)增强金属基复合材料的新构思,设计和制备了一种新型的三维陶瓷网络(骨架)增强铝合金复合材料,研究了其在干摩擦状态下的滑动摩擦磨损行为。结果表明,基体铝合金在重载时产生严重粘着磨损,磨损层发生软化和塑性流动,而复合材料中的陶瓷颗粒暴露于磨损表面并起承载作用,从而保护基体小发生严重磨损。与基体合金相比,复合材料摩擦因数平稳而较低,且耐磨性提高6倍左右。

电子封装用SiC_p/ZL101复合材料热膨胀性能研究

采用无压渗透法制备了SiCp/ZL10 1复合材料 ,测定了SiCp/ZL10 1复合材料在 2 5℃～ 4 0 0℃区间的线膨胀系数值 ,运用理论模型对复合材料的线膨胀系数进行了计算 ,分析了热膨胀性能的影响因素。结果表明 ,复合材料的线膨胀系数比基体合金显著降低 ,Turner模型对SiCp/ZL10 1复合材料线膨胀系数的计算值与实验值相接近 。

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究(英文)

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2。还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理。

搅拌法铸造空心微珠-铝复合材料组织和性能的研究

采用半固态搅拌铸造法制备了铝-空心微珠复合材料,分别对金属型铸造和挤压铸造方法制备的铝-空心微珠复合材料的组织和性能进行了研究,并对其拉伸断口形貌进行了扫描电镜分析。结果表明:两种铸造方法制备的复合材料的抗拉强度都低于基体铝合金,随着空心微珠加入量的增加,复合材料的抗拉强度有所降低,密度减小,比强度增大,韧性降低,使复合材料的断裂形态从塑性断裂发展为脆性断裂。

异种材料的搅拌摩擦焊技术

进行了铝合金与工业纯铜、铝合金与低碳钢的搅拌摩擦焊接实验。实际焊接了对接接头、丁字接头、搭接接头,观察了焊接接头组织,测量了接头性能。结果表明,用搅拌摩擦焊方法代替熔化焊方法焊接异种材料,可以获得组织致密、无缺陷的接头,接头强度较高,且工艺适应性、结构适应性较好,焊接工艺参数、各组元在焊缝金属中的比例等对形成良好的焊缝有重要的影响。

三维网络陶瓷增强铝基复合材料的干摩擦磨损性能

设计和制备了一种新型的三维网络陶瓷(骨架)增强铝合金复合材料。研究了铝合金及不同成分复合材料在不同温度及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜(SEM)观察其磨损表面,并分析了三维网络陶瓷(骨架)对铝合金磨损机制的影响。结果表明:复合材料的耐磨性远优于铝合金,而且随着三维网络陶瓷体积分数、温度及载荷的增加,复合材料的抗磨损性能明显提高;这种新型复合材料的摩擦系数随载荷变化保持稳定;在很宽的温度范围内,摩擦系数的稳定性均优于铝合金。这是由于三维网络陶瓷在磨损表面形成硬的微凸体起承载作用,其独特的结构制约了基体合金的塑性变形和高温软化,有利于磨损表面氧化膜的留存。

β晶种增韧Si_3N_4复合材料的制备和力学性能

利用β－Ｓｉ３Ｎ４晶种制备Ｓｉ３Ｎ４复合材料，研究了晶种对材料显微结构和力学性能的影响．实验结果表明，晶种尺寸可控制Ｓｉ３Ｎ４晶粒生长和显微结构均匀性．当所加入晶种直径和长径比较小时，晶粒直径形成双峰分布的显微结构，材料的抗弯强度较高．当晶种尺寸适中时，其显微结构均匀，断裂韧性值明显提高；晶种的加入量过多。

SiC_p／Al复合材料的抵抗温度变化尺寸稳定性

采用无压渗透法制备SiCp/Al复合材料,以温度单程变化时热膨胀系数(CTE),累积残余应变(εcr)为指标,研究复合材料在抵抗温度变化时的尺寸稳定性。结果表明,复合材料的热膨胀系数明显低于未增强铝基体,适当的预处理可显著提高其尺寸稳定性,适当的合金元素可提高颗粒增强铝基复合材料抵抗温度变化尺寸稳定性,随热循环次数增加,复合材料的εcr和CET稳定性趋向平稳。