基于第一性原理高价元素Mo稳定层状富锂锰基材料的氧框架机制

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算探究了高价元素Mo取代Mn稳定层状富锂锰基材料氧离子框架机制.Mo掺杂将体积变化率从‒2.95%降至‒0.53%,改善了锂化前后的晶格畸变.空位形成能及巴德电荷分析结果表明,7种氧空位形成能均明显提升,且第一配位氧平均巴德电荷从1.13 e升至1.18 e,抑制了不稳定氧析出;锂化前后氧原子巴德电荷改变量从0.51 e降至0.11 e,表明循环前后的体系均具有良好的氧框架稳定性.通过差分电荷密度计算,发现Mo能够在Li去除后提供电荷补偿,而且Mo掺杂后锂离子迁移速率得到了提升,最低势垒从0.55 eV降至0.42 eV.为高价元素掺杂锂离子电池正极材料奠定了坚实的理论依据.

连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究

采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa;纤维偏轴角度再增大时(>2°),材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1870 MPa降至1797 MPa。纤维偏轴角度较小时(≤2°),平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时(>2°),部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiCf/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时(≤2°),裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时(>2°),“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。

基于响应面法的复合材料气瓶含缺陷内胆屈曲可靠性分析

具有初始缺陷的内胆会对复合材料气瓶的服役性能造成严重危害,本文基于响应面法,提出了一种复合材料气瓶含初始缺陷内胆屈曲的可靠性分析方法。建立了铝合金6061内胆的T700/环氧复合材料气瓶的三维有限元模型,实现了复合材料气瓶内胆的收缩屈曲分析。基于响应面方法,构造了复合材料气瓶极限状态方程,并假设结构中的随机变量服从高斯分布,开展了考虑几何尺寸和凹陷尺寸变化的气瓶结构可靠性分析,结果表明,在气瓶内胆加工过程中,直筒段厚度的离散性会严重影响气瓶结构的可靠性;直筒段半径、直筒段长度、封头段半径和封头段厚度在通用加工误差内对气瓶结构的可靠性影响较小;对本文定型气瓶,当内胆表面的凹陷半径超过10 mm,且深度超过2 mm时,气瓶结构的可靠性会严重降低。

各类参数对金属材料热分析结果的影响

材料各项测试参数的变化对其热分析结果会产生一定的影响。深入研究了金属材料的质量、颗粒尺寸、升温速率等技术参数对热分析结果中的相变温度、比焓、质量变化率等的影响。结果表明:试样质量的增加会使相变温度升高,比焓不变;试样颗粒尺寸越大,相变过程越长,比焓越大;空气环境下试样的相变更早开始与结束,比焓更小;升温速率对比焓有显著影响,升温速率越大,比焓越小。

SiCf/TC17复合材料单轴拉伸性能的数值模拟分析

使用ABAQUS有限元软件结合内聚力模型(CZM)建立了SiCf/TC17复合材料模型,研究了热残余应力场在复合材料的分布规律以及热残余应力对复合材料纵横向拉伸的影响。分析了纵向拉伸过程中基体屈服对复合材料的影响以及热残余应力对复合材料性能的影响。分析了复合材料横向拉伸的失效机制,以及等效应力在基体中的再分配,发现界面径向压应力能够减缓界面的脱粘。

高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。

基于小试样的定向凝固镍基合金蠕变性能评估方法

在热处理态定向凝固镍基合金棒材上制取工字型非标准小试样和棒状蠕变标准试样,并进行了不同温度(800,850,900,980℃)下的应力松弛试验和不同应力(标准试样为250,350,450 MPa,小试样为250,350,400,450 MPa)下的蠕变持久试验,研究了标准试样和小试样的松弛蠕变和持久蠕变行为,建立了小试样松弛蠕变速率与标准试样持久寿命的关系。结果表明:小试样和标准试样的持久蠕变曲线均单调递增直至试样断裂,持久蠕变速率曲线均均呈“U”字型,两者的最小持久蠕变速率接近;小试样和标准试样的高温松弛蠕变曲线均单调递减,温度归一化后两者松弛蠕变速率分布在一条线上;持久蠕变和应力松弛试验后标准试样和小试样中γ′相均沿垂直于应力方向聚集粗化,属于N型筏化;标准试样持久寿命与小试样松弛蠕变速率存在线性关系,利用小试样松弛蠕变速率预测的持久寿命和标准试样实际持久寿命接近。

水泥基多孔复合材料吸波性能

对发泡型聚苯乙烯（expanded polystyrene，EPS）填充普通硅酸盐水泥制备的水泥基多孔复合材料的吸波性能进行了研究。为废弃的EPS二次开发利用以及建筑物的电磁波防护提供了新的途径。在微波暗室中用弓形反射法进行测试，研究了EPS的填充率、球径大小和样品厚度对吸波性能的影响。结果表明：EPS的填充率（体积分数）为60％，样品厚度为20mm时的反射率最小，在8～18GHz范围内，小于一10dB的带宽达6GHz，在18GHz最小反射率达-15．27dB。在EPS表面包覆一层导电薄膜后，有助于提高多孔材料的吸波性能。

新型双过渡金属MXene热电输运性能第一性原理计算

二维双过渡金属MXene相较于单一过渡金属MXene,有着更高的可调控性,在热电器件方面有着潜在的应用.本文通过第一性原理的计算方法结合玻尔兹曼输运理论,研究了新型二维双过渡金属MXene单层TiZrCO_(2)和VYCO_(2)的稳定性和热电性能.结果表明,两者的热电输运性能优良.计算预测的结果:在最优载流子浓度下,300 K时,p型TiZrCO_(2)功率因子为11.40 mW/(m·K^(2)),远高于n型,p型VYCO_(2)功率因子(2.80 mW/(m·K^(2)))和n型(2.20 mW/(m·K^(2)))大小类似.300 K下,TiZrCO_(2)和VYCO_(2)的晶格热导率较低,分别为5.08 W/(m·K)和3.22 W/(m·K),并且随着温度升高进一步降低,900 K时为2.14 W/(m·K)和1.09 W/(m·K).TiZrCO_(2)和VYCO_(2)的热电优值随温度升高而增大,温度为900 K时,p型TiZrCO_(2)和VYCO_(2)的热电优值分别达到1.83和0.93,优于两者n型的0.23和0.84.双过渡金属MXene TiZrCO_(2)和VYCO_(2)相比单一过渡金属MXene(如Sc_(2)C(OH)_(2),ZT=0.5)具有更好的热电性能,有潜力作为综合性能优良的新型热电材料.本文采用的一套计算方法亦可为新型双过渡金属元素MXene热电性能探索提供一定借鉴.

壳-芯型复合陶瓷材料的制备及其电磁特性

为了提高吸波剂对电磁波的吸收性能,采用溶胶-凝胶法制备了表面包覆有一定厚度的炭黑薄膜的钛酸钡复合粒子．并利用XRD和TEM方法对其形貌结构进行了分析;同时研究了复合粒子的导电性能、电磁参数以及对电磁波的吸收性能．结果表明:钛酸钡颗粒的直径在50-70nm之间,包覆层厚度为10-20nm．包覆工艺显著改善了材料的导电性能并提高了介电常数,而且随着复合粒子在吸波材料基体中的含量不同,对电磁波的吸收性能也有着不同的影响:当吸收材料中复合粒子含量达到或超过20wt％时,复合粒子明显改善了吸收材料对电磁波的吸收性能．

钛酸钡陶瓷材料的制备及电磁性能研究

采用溶胶-凝胶法制备出了钛酸钡陶瓷粒子,观察和分析了粒子的成分、形貌和微观结构及其对电磁波的吸收性能,并测定了粉体的复介电常数和磁导率．XRD和TEM分析表明制备的粒子为四方相,粒径在30～40nm左右．制备的钛酸钡／环氧树脂复合吸收材料在8～18GHz范围内对电磁波有良好的吸收效果,当含量为20％时效果最佳．最后针对其吸收特性探讨了钛酸钡粒子的吸收机理．

纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析

为深入了解纤维缠绕复合材料气瓶的内衬屈曲情况,基于ANSYS有限元软件,运用数值模拟方法对纤维缠绕复合材料气瓶的金属内衬结构进行屈曲分析,建立了复合气瓶内衬结构的有限元模型,采用特征值法分析得出内衬1~10阶的屈曲模态,并利用非线性稳定法绘出内衬位移量随外压变化曲线.结果表明,计算得到的内衬临界失稳外压为0.199 MPa,与复合气瓶内衬外压试验结果相符合,证实了本文对于复合气瓶内衬屈曲分析的可靠性.

浸镀Ni对Al/Cu双金属材料界面显微组织及力学性能的影响(英文)

采用浸镀的方法在纯铝基体上浸镀镍基镀层,然后在450-550℃温度范围内用扩散复合的方法制备Al/Cu双金属材料。用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分别对Al/Cu结合体的界面显微组织以及断裂表面进行表征。用拉伸剪切测试及显微硬度测试对Al/Cu双金属材料的力学性能进行测量。结果表明,Ni中间层可以有效地消除Al—Cu金属间化合物的形成。Al/Ni界面由Al3Ni和Al3Ni2两相组成,而在Ni/Cu界面处则是Ni—Cu固溶体。Ni中间层的加入提高了复层材料的拉伸剪切强度。在500℃制备的添加Ni中间层的试样表现出最大的拉伸剪切值,为34.7 MPa。

Zn-Al-Cu-TiB_2原位复合材料的显微组织、力学性能及耐磨性(英文)

采用混合盐法(K2TiF6,KBF4)在反应温度875°C下制备Zn-Al-Cu-TiB2(ZA27-TiB2)原位复合材料。研究此复合材料的显微组织、力学性能和耐磨性。微观组织分析表明,复合材料中的TiB2颗粒细小,分布均匀。复合材料的力学性能随着颗粒含量的增加而显著增加,相对基体合金,5%TiB2增强复合材料的布氏硬度提高了HB 18,抗拉强度提高了49 MPa。磨损实验结果说明复合材料的摩擦因数和磨损量随着颗粒含量的增加而明显降低,当TiB2含量增加到5%时,磨损率由5.9×10-3 mm3/m降低到1.3×10-3 mm3/m。摩擦因数和磨损表面形貌变化表明,由于TiB2颗粒的引入,材料在磨损初期的磨损机制发生了变化。

静磁场下电子束运动行为仿真

电子束具有能量集中、能量转化效率高等特点,广泛用于金属精炼、增材制造等金属加工领域。在电子束熔炼过程中引入外磁场,可调控熔体流动与凝固组织,改善材料性能,但磁场会导致电子束偏转,造成熔区偏移。针对此问题,本研究基于COMSOL仿真软件对静磁场下电子与电子束在不同外加磁场强度、发射角、扫描角及发射距离参数下的运动行为进行建模与仿真分析。结果表明:磁场下电子束与单电子的运动行为相似;在一定外加磁场下实现电子束熔炼需满足一定的临界发射角和扫描角条件,如在背景磁场为0.15 T时,发射角需小于35°,且当发射角为0°时,扫描角介于−3.5°~+3.5°之间;磁场越强,电子(束)偏转越剧烈,其临界条件范围越窄;磁场对电子(束)具有筛选、聚焦及约束作用,在满足临界发射角和扫描角条件下任意发射距离的电子(束)均能进入坩埚。本研究可为磁场辅助电子束熔炼及其他相关技术的开发提供指导。

隔热材料研究现状及发展趋势

隔热材料由于其独特的性能和用途,引起了学者的广泛关注。综述了隔热材料的基本情况,重点介绍了几种新型隔热材料的特点、研究现状及应用,并在此基础上,综合分析了隔热材料未来发展的主要趋势。

水泥基电磁波吸收材料研究进展

水泥净浆、水泥砂浆、混凝土等水泥基复合吸波材料的研究是近几年的热点问题,也是解决当前电磁辐射污染的关键技术。吸波材料的性能很大程度上取决于吸波剂本身,本文对各种水泥基材料中吸收剂的种类、数量、性能及匹配特性的研究进行了总结。同时,水泥材料结构致密,需要添加发泡聚苯乙烯(EPS)、粉煤灰、珍珠岩等透波剂来改善阻抗匹配特性。另外,还需要进行多层结构、异形表面等优化设计。在改善吸波性能的同时,还要使材料兼具力学、隔音、隔热等功能。最后,通过总结现有研究中存在的不足,提出了水泥基吸波材料进一步发展的方向。

高比能量锂离子电池硅基负极材料研究进展

硅的理论嵌锂比容量是石墨材料比容量的十倍以上,脱锂电位低,资源丰富,倍率特性较好,故高比能量的硅基材料成为了电动汽车?可再生能源储能系统等领域的研究热点?但由于其在脱嵌锂过程中巨大的体积膨胀效应会导致硅电极材料粉化和结构崩塌,并且在电解液中硅表面重复形成的固相电解质层(SEI)使极化增大?库伦效率降低,最终导致电化学性能的恶化?为了解决上述问题,加快实现硅基电极的商业化应用,本文系统总结了通过硅基材料的选择和结构设计来解决充放电过程中体积效应的工作,并深入分析和讨论了具有代表性的硅基复合材料的制备方法?电化学性能和相应机理,重点介绍了硅碳复合材料和SiOx(0<x≤2)基复合材料?最后对硅基负极材料存在的问题进行了分析,并展望了其研究前景?

超级电容器电极用N-掺杂多孔碳材料的研究进展

多孔碳材料作为双电层电容器的主要电极材料,已成功应用于商业化超级电容器。但作为电极材料,纯碳材料表面疏水、内阻较大、电容较低等缺点使其进一步发展受到制约。近年来,随着超级电容器的迅速发展,氮掺杂多孔碳材料作为其电极材料引起研究人员的广泛关注,并采用不同的制备方法成功合成了一系列结构不同、性能优异的氮掺杂碳材料。基于超级电容器氮掺杂多孔碳电极材料的最新研究进展,首先介绍了氮在碳材料中的基本存在形式及对碳电极材料性能的影响,然后重点评述了氮掺杂碳电极材料的制备,最后总结了超级电容器氮掺杂碳材料的发展趋势。

基于Ls-Dyna软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板面内剪切有限元仿真

通过准静态单轴拉伸试验和面内剪切试验获取力学性能参数,采用Ls-Dyna软件中的纤维增强复合材料渐进损伤模型和复合材料层合板连续损伤模型模拟碳纤维复合材料层合板在面内剪切载荷作用下的力学响应和破坏模式,对比了2种模型的适用性。结果表明:在面内剪切过程中的初始线弹性阶段,2种模型都能较好地模拟出碳纤维复合材料层合板的力学特性。随着载荷的持续增大,渐进损伤模型的载荷-位移仿真曲线依旧呈线性上升,到达载荷峰值后迅速下降,与试验曲线存在很大偏差;连续损伤模型由于引入了损伤参数,当材料出现损伤后,其载荷-位移仿真曲线呈非线性,与试验曲线吻合良好。