基于CAFE法的单晶铜杆热型连铸过程晶体生长模拟

基于元胞自动机(CA)和有限元(FE)耦合法对单晶铜杆热型连铸过程中晶粒生长及演化过程进行了模拟,获得了稳定状态下铸棒内温度分布及液固相界面的位置和形态,模拟了连铸初期沿热流方向细小等轴晶快速合并形成柱状晶的过程,采用截面形态和极图法分析了定向凝固条件下各个生长时刻的晶粒形貌和晶粒生长取向以及晶粒竞争生长过程中的快速淘汰和慢速淘汰阶段,为热型连铸工艺优化提供了依据。     

单晶铜线材在制备过程中的晶粒演化

采用了热型连续铸造方法,选用相同的工艺参数制备出不同直径的铜线材,用光学显微镜分析了线材晶粒形成及生长过程.结果表明:在一定的牵引速度下,纯铜线材晶粒生长的特征是从引晶开始阶段的等轴多晶体渐渐演化为柱状多晶体,最终形成单晶体;随着线材直径的增大,起始晶粒个数在增加;生长成单晶的时间也在增加,经X射线衍射和透射电镜分析能够确定,单晶铜线材晶体择优生长方向为<100>.     

冷拔工艺对工业单晶铜线材组织和力学性能的影响

单晶铜线材常需经过冷拔变形才能使用,冷拔变形导致单晶铜线材的微观组织发生改变,影响其性能.文中在不同的冷拔工艺下,对热型连铸工业单晶铜线材进行了冷拔变形实验,分析了冷拔工艺对其组织和力学性能的影响.结果表明:当总体真应变一定时,较小的相邻模具真应变量和较低冷拔速度仅能使工业单晶铜线材内部晶粒拉长、变细.增加相邻模具真应变和冷拔速度均会导致线材内部局部区域出现形变位错界面和形变孪晶.随着冷拔速度和相邻模具真应变的增加,冷拔工业单晶铜线材的强度增加、延伸率下降.采用较低的冷拔速度,较小的相邻模具间真应变,工业单晶铜线材优异的塑性得以较好的延续,穿模成功率提升,冷拔过程中的断线率降低.     

单晶连铸小直径铜线材的静拉伸力学性能研究

采用单晶连铸技术生产的单晶铜线材不仅具有优美的外观和内部质量，也具有非常优异的塑性加工性能．单晶铜线材在实际应用时，一般需要进行数次冷拔变形，因此，研究其力学性能，对单晶线材获得广泛应用具有实际意义．采用自制的单晶连铸设备，制备出直径为2．6mm的单晶铜线材和多晶铜线材．对两种线材的力学性能进行测试分析，并与普通铜线材进行对比．结果表明：采用单晶连铸技术生产的铜线材的抗拉强度和屈服强度均比普通铜线材低的多，而延伸率却有大幅度提升．同种技术生产的单晶和多晶两种线材相比，单晶铜线材的塑性更为优异．对拉伸断口进行扫描发现：单晶连铸多晶铜线材和普通铜线材的断裂为典型的微孔聚集型断裂，而单晶铜线材的断裂属于滑移延伸断裂．     

区熔连铸法制备单晶铜的铸型温度场分布

利用区域熔化-热型连铸法制备单晶铜线材这项新技术中,能否通过控制不同的加热功率和牵引速度来控制铸型温度场的合理分布是成功生产单晶线材的关键.本实验在加热功率为7 kw,8 kw和9 kw,牵引速度为40 r/min,60 r/min,80 r/min和100 r/min,对金属钼丝牵引的铸型温度和型口温度进行了测量,并对每组线材的组织演化过程及单晶的生长方向进行观察、分析和标定. 结果显示,铸型温度主要受加热功率控制,而型口温度主要受牵引速度的影响;当加热功率与牵引速度在一定范围内匹配时,铸型温度场分布合理,可在一个较大的工艺控制范围内生产出无限长小直径单晶铜线材.     

单晶铝线材连铸工艺的试验研究

根据单晶连铸技术原理，分析了单晶连铸过程的主要影响因素，并根据流体力学模型以及传热模型计算了液体金属压力和牵引速度。结果表明：根据模型确定的参数是合适的，并在铸型温度为690～780℃、冷却距离为50mm、牵引速度为1.1mm／s、开始时静压头为5～6mm、连铸时动压头为2mm左右的工艺条件下获得了ф8mm高品质的单晶铝线材。     

正交法研究螺旋选晶器几何尺寸对选晶过程的影响

采用有限元商业软件PROCAST中的CA-F-模型,模拟了DZ417G高温合金定向凝固过程,用正交法研究了选晶器几何尺寸对凝固组织的影响.研究结果表明,螺旋选晶器在选晶生长机制中能迅速减少晶粒数量,同时晶粒数量的控制还受选晶器和叶片连接部分影响;螺旋在晶粒取向优化的选择上没有绝对优化;经过晶粒数量和取向偏差两指标的显著性分析、直观分析和验证计算后,得出θ=60°,dr=5 mm,ds=14 mm,n=1这对组合为最优方案,该组合经过选晶器后得到单晶并且单晶取向控制在15°以内.     

工艺因素对SCM435钢大方坯凝固组织的影响

为了模拟不同工艺条件下的连铸坯的凝固组织,采用有限元法模拟了SCM435钢的连铸凝固过程,获得了325 mm×280 mm连铸坯的温度场,在此基础上与元胞自动机(Cell automaton,CA)耦合模拟凝固组织.结果表明,随浇注温度的降低,柱状晶区逐步减少,表面细晶区及中心等轴晶扩大,晶粒密度逐步增加,最大晶粒面积及平均半径大大减少;但中心凝固所需要的时间反而有所增加,中心处的晶粒的平均半径先降低后升高;拉速对凝固位置的影响较为显著,随拉速的增加,晶粒密度逐步减少,柱状晶宽度与中心处的等轴晶半径略有增加.     

单晶铜／多晶铜闪光对焊接头组织的演变

电阻焊在焊接单晶铜/多晶铜时,可使焊接热过程对单晶组织影响最小化。采用不同焊接电流,对单晶铜/多晶铜进行闪光对焊,对焊接接头的热影响区宽度和显微组织进行了分析。结果表明：闪光对焊对多晶铜组织的影响极为显著,随着离焊缝距离的增加,依次呈现出粗晶区、细晶区、超细晶区、超细晶与母材混合区。单晶铜一端仅在近缝处的极小范围内发生了再结晶行为。     

晶粒长大过程的相场法模拟

Fe-C合金凝固时微观组织所形成过程的模拟,对优化工艺参数、提高铸件质量,有着重要的工程应用价值.在KKS(Kim,Kim,Suzuki.)模型的基础上,采用相场和溶质场耦合的方法,对Fe-0.5mol%C合金的晶粒长大过程进行了数值模拟.结果表明:晶体生长初期,晶粒为球状,随着时间的推移,晶粒由球状向枝晶状转变,最后形成复杂的树枝晶.对Fe-C合金的凝固过程进行实验研究及对试样进行了微观组织分析.经对比得出,模拟得到的微观组织形貌与实际凝固所得到的微观组织形貌基本一致,验证了相场模型的正确性.     

全谱项FeCO3基态能级与晶体结构

在弱场图像下,利用Racah不可约张量算符方法得到了三角对称3d^4/6电子组态的210阶完全哈密顿矩阵。通过自编程序进行计算,研究了三角畸变晶体场下的考虑自旋单重态、三重态的全谱相的FeCO3晶体中Fe^2＋离子的基态能级及晶体结构。对考虑自旋单重态的FeCO3晶体中Fe^2＋离子的基态能级进行了分析,计算了FeCO3晶体的结构参量,计算结果和实验值相符合,同时该文给出的FeCO3晶体中Fe^2＋的自旋单重态能级,为今后的理论和实验研究提供了依据。     

热液型水晶晶体形貌标型特征研究

利用微分干涉显微镜等测试手段，对不同类型的水晶晶体各族晶面的形貌特征进行观察和描述，采用编码统计方式定量表达晶体形态与生长环境条件的关系．测试了水晶晶体中包裹体的均一温度、盐度等参数，水晶晶体各族晶面c：R：r的生长速率比例主要与环境温度、过饱和度有关：低温、低过饱和度时，晶体以柱状晶习占优势；温度及过饱和度升高，晶体生长速度加快。晶面之间生长速率差异相对减少，则以菱面体状晶习占优势。     

光从晶体到各向同性介质界面的反射和透射

为了分析光在晶体界面的能量损失,给出了一种求解反射率和透射率的方法。分析了光从单轴晶体入射到各向同性介质表面时的折射和反射,根据在界面处电磁场的边界条件和位相匹配条件,得到了在晶体界面的菲涅耳公式。在晶体光轴取向任意的条件下,给出了反射的o光、e光以及折射光的偏振状态和振幅以及表明各光束间能量关系的折射率和反射率的理论表达式,为晶体器件特性的研究提供了有力的理论工具。数值模拟表明,所得结果满足能量守恒;射入各向同性介质中光的电场(或磁场)与原入射光的电场(或磁场)不再平行;光轴的取向和入射角的大小对折射光的偏振方向和能量有重大影响。     

水热法合成硅铍钠石晶体

采用水热法,在380℃、填充度为70%的条件下,以1.5和2.0 mol/L Na2CO3作为矿化剂,反应时间72 h,合成了硅铍钠石晶体.晶体以等轴粒状的八面体晶形为主,有少量四方柱状晶形.应用双目立体显微镜、SEM和XRD进行测试分析,发现在碱性较弱的环境中合成的晶体,除了硅铍钠石晶体外,还有一定量的六方柱状钙霞石晶体存在.提高晶体生长溶液的碱度,则硅铍钠石晶体的量明显增多.     

一维光子晶体光子禁带研究

设计SiO2/TiO2一维光子晶体,利用琼斯矩阵理论,模拟分析其禁带特性。结果表明：光子禁带随光子晶体介质厚度比的增大而加宽,且往长波方向移动;光子禁带不受光子晶体周期数的影响。根据理论模拟得出的最佳参数制作了应用于光通讯波段的一维光子晶体带阻滤波器,并测量了该光子晶体的光子禁带,实验结果与理论模拟一致.     

晶体空间群C-G系数的应用

说明空间群Ｃ－Ｇ系数的广泛应用，尤其是晶体中拉曼散射张量与晶体空间群Ｃ－Ｇ系数的关系，给出了散射张量与Ｃ－Ｇ系数关系的推导过程。一级散射张量是Ｃ－Ｇ系数的线性组合，二级散射张量是Ｃ－Ｇ系数的双线性组合［１］。Ｃ－Ｇ系数提供了计算有效哈密顿和散射张量的直接方法，可大大简化计算。鉴于Ｃ－Ｇ系数的重要性，计算了Ｄ１６ｈ结构空间群的Ｃ－Ｇ系数，并给出部分结果。     

晶体内的偏振光

本文分析了单晶轴体内 o、e 光主平面间夹角θ,以及它们的■矢量间夹角θ′与 i、α、β角的定量关系。当入射角为45°时,画出了方解石晶体θ和(π/2)-θ′与α、β间的关系曲线图。     

废弃液晶面板中液晶材料的热解特性

作为废弃液晶面板的重要组成部分,液晶材料中含有芳环、氰基、氟、氯、溴等基团,若随意丢弃或采用不当的处置方式将严重污染环境。本研究拟利用热解处理技术实现对液晶材料的无害化处理,探究了废旧薄膜晶体管液晶显示器中液晶材料的热解特性。液晶材料的热重分析结果表明,液晶材料的主要热解温度为300～500?C;热解实验表明,热解温度对液晶材料热解产物的影响较大,其中300?C和500?C条件下主要生成了双环己烷类、联苯类等化合物,而在800?C条件下主要生成多环芳烃;此外,考察了热解温度、氮气流量及固相停留时间对液晶去除率的影响,在优化条件下液晶的去除率可达94.2%。本研究为废旧液晶面板中液晶材料的无害化处理提供了技术参数和理论参考。     

电场可调的液晶激光器

铁电液晶分子排列具有自组织的周期性螺旋结构,具有一维光子晶体的特征,光在其中传播会出现光子带隙,掺杂激光染料的铁电液晶在泵浦光的激励下在光子带隙的边缘会出现激光辐射,其辐射波长可随着外加电场的改变而调整。文章介绍了这种采用掺杂激光染料的铁电液晶制作的具有电场可调特性的液晶激光器的工作原理及其实现过程。