对流效应和溶质浓度对KNbO_3晶体界面形貌稳定性的影响

研究了在不同对流形态对ＫＮｂＯ３晶体生长形貌的影响．在温度梯度较小的扩散－平 流区域,晶体以枝蔓晶的形态生长;而在温度梯度较大的扩散－对流区域,生长出的晶体呈现 光滑晶面．通过测定不同区域ＫＮｂＯ３晶体界面附近的溶质浓度分布,从对流效应降低晶体界 面附近的溶质浓度分布的不均匀性的角度研究了对流效应对晶体界面形貌稳定性的影响,证明 对流效应提高了晶体界面形貌稳定性,与晶体界面弥散度的理论计算结果相一致．同时解释了 扩散－对流区域的晶体尺寸大于扩散－平流区域的晶体尺寸的原因．观察并定性地解释了不同 溶质浓度ＫＮｂＯ３形成不同的界面非稳定形貌,当 ＫＮｂＯ３重量百分比为２０ｗｔ％时形成骸晶, ３０ｗｔ％时形成枝蔓晶．     

高温合金定向凝固过程中枝晶生长与溶质对流数值模拟

目的 针对高温合金叶片在定向凝固过程中容易出现雀斑缺陷,从而导致叶片报废的问题,对定向凝固枝晶生长与溶质对流进行模拟研究,以揭示雀斑缺陷的形成规律。方法 针对CM247LC合金定向凝固过程,采用相场模型模拟凝固过程枝晶生长,采用格子Boltzmann模型模拟溶质浓度差引起的自然对流。采用基于双重网格的GPU并行算法对相场-格子Boltzmann模型进行数值求解。研究在不同晶体取向角度与取向差条件下的枝晶形貌、对流速度及溶质羽流的演变规律。结果 当晶体取向角度不同时,在枝晶生长过程中,液相区域的平均对流速度均表现为周期性变化。当晶体取向角度较大时,随着晶体取向角度的变大,一次枝晶臂间距变大。当枝晶间存在晶体取向差时,溶质羽流倾向于在发散型晶界附近发起;随着晶体取向差的增大,溶质羽流发起时间提前。溶质羽流的形成阻碍了枝晶尖端及附近枝晶侧臂的生长。结论 晶体取向角度对溶质羽流形成的影响较小,较大的晶体取向差对溶质羽流的形成有促进作用。     

晶体生长的边界层效应—兼论光学实时观察法晶体生长技术

晶体生长边界层模型起源于流体动力学边界层模型，但两者又不完全相同．晶体生长边界层模型有两方面的含义：（1）在固-液界面处的、垂直于界面的、由杂质和组份构成的质量流决定晶体生长速度；（2）在界面附加溶液一侧的质量浓度流，其浓度分布是决定界面稳定性的基本参数．特征扩散长度是表征垂直于界面的质量流的一个重要参数．对熔体晶体生长而言，理论估计此值在0．04～0．4cm之间．光学实时观察法晶体生长技术是一种研究晶体生长过程的新颖方法．它能有效地区分扩散-平流和扩散-对流两种不同的生长状态，其实验测得的KNbO3熔体生长的特征扩散长度值为0．01～0．1cm之间．应用此方法实时观察到胞状结构的形成和发展，也证实了界面附近的质量浓度流是决定界面稳定性的一个重要参数．     

高温氧化物晶体界面非稳定性研究

设计了一套模拟实验,以获得关于晶体形态和界面非稳定性的差异的可靠数据,如高温溶液生长的骸晶和枝蔓晶．这些实验是在高温实时观察装置（ＨＩＴＩＳＯＴ）内进行的．高温溶液晶体生长实验是在环形铂金丝炉圈内进行的．炉圈直径为２ｍｍ．铂金丝既起加热又起支撑熔体的作用．选用ＫＮｂＯ_３和Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７的混合物进行晶体生长实验．在只存在扩散机制的快速生长过程中,会形成不同的晶体不完整性,如晶面凹坑、骸晶和枝蔓晶．采用淬火实验以分辨不同的ＫＮｂＯ_３晶体形态,并用扫描电镜研究Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７溶体中ＫＮｂＯ_３晶体生长的形貌．在一般情况下,当晶体在气液界面附近液相区成核时,会产生晶体界面非稳定性．导致晶体形状不稳定的溶液层的厚度为６０μｍ．通过扫描电镜观察,发现晶体在这一溶液层中由多面体晶变为枝蔓晶．骸晶和枝蔓晶的各向异性反映了ＫＮｂＯ_３的立方特性,也反映了界面非稳定性是沿［１１０］晶棱扩大的,［１１０］晶棱方向的分支证实了晶体生长形状的各向异性·形成界面非稳定性的临界尺寸为１０μｍ．与此相反,中持稳定的晶面形状是通过６０μｍ厚度以下的溶液内的晶体生长来实现的．晶体生长过程是由高温实时观察装置进行实时观察和记录的,并能观察到晶体固液     

ACRT技术对大尺寸ZnTe晶体溶液法制备及其性能影响

太赫兹(Terahertz,THz)技术在工业无损检测、科学研究和军事领域发挥着越来越重要的作用。作为太赫兹产生和探测最常用的电光晶体材料,ZnTe晶体在生长中依然面临众多挑战。为了制备大尺寸、均匀性好、高性能的ZnTe单晶,本研究在温度梯度溶液法生长ZnTe晶体过程中引入坩埚旋转加速技术,制备具有高结晶质量的ZnTe晶体。模拟计算得到不同坩埚旋转速度下生长界面处对流场和溶质分布,研究了坩埚旋转对晶体生长过程中的固液界面稳定性和晶体内Te夹杂分布的影响规律,证明坩埚旋转加速技术可以有效地促进熔体流动,改善溶质传质能力,稳定溶液法晶体生长的固液界面,不仅避免出现尾部混合相区,也减少了ZnTe晶体内Te夹杂相的数量并减小其尺寸。通过进一步优化坩埚旋转参数,制备出具有较高结晶质量的大尺寸ZnTe晶体(?60 mm)。同时,得益于晶体良好的均匀性,晶体对太赫兹的高响应区域超过90%,边缘效应小,满足太赫兹成像要求。研究表明,引入坩埚旋转加速技术为制备大尺寸ZnTe基电光晶体提供了新的思路。     

基于三维LBM-CA模型模拟Al-4.7%Cu合金的枝晶形貌和成分分布

建立了三维格子玻尔兹曼方法(LBM)-元胞自动机(CA)耦合数值模型,并用该模型模拟研究了Al-4.7%Cu(质量分数)固溶体合金的凝固过程。该耦合模型采用元胞自动机方法模拟枝晶的生长,同时采用基于分子动力学理论的格子玻尔兹曼方法模拟合金凝固过程中的温度场、流场以及溶质场。模拟结果再现了合金凝固过程中的三维枝晶形貌变化以及溶质富集过程,并将三维流场因素考虑进去,定量研究了自然对流、过冷度对单枝晶形貌和成分分布的影响。研究表明,在纯扩散条件下,枝晶呈现对称的生长现象,模拟自由枝晶稳态生长的尖端速度、尖端半径和过冷度的关系与Lipton-Glicksman-Kurz(LGK)理论模型吻合得较好。在自然对流条件下,枝晶的生长形貌呈现不对称性,即枝晶生长在迎流方向上得到了促进,在顺流方向上受到了抑制。熔体过冷度对枝晶生长的影响较大,过冷度的增加导致枝晶生长加快,二次枝晶增多且呈现出粗化现象,枝晶尖端固液界面处的溶质浓度偏高,加重了溶质偏析。     

非均匀温度场Fe-0.06%C合金焊接接头凝固过程模拟分析

利用元胞自动机和有限差分(CA-FD)法,采用宏-微观两种尺度,将宏观温度场与微观枝晶生长过程耦合在一起,再现了Fe-0.06%C二元合金焊接熔池的凝固过程.同时,探讨了边界散热速率对焊接熔池中枝晶生长形貌及晶粒尺寸的影响;分析了形核基底数与枝晶生长间的关系;并用实验对模拟结果进行了验证.结果表明,在熔池凝固过程中,温度梯度沿散热边界向绝热边界方向不断减小,等温线弧度不断增大;熔池散热边界附近的液相中溶质浓度远远高于绝热边附近和模拟区域中心的液相溶质浓度;模拟区域内的温度梯度随着边界散热速率的增大而升高.此外,随着形核基底的增加,柱状晶数量基本不变;而等轴晶数量不断增多,分布范围逐渐扩大,但尺寸有所减小.模拟结果反映了焊接熔池的凝固过程,并与实验结果吻合,为实际焊接工艺的选取提供了一定的参考.     

对流扩散-多相相变体系内柱状晶/等轴晶形成过程的数值模拟

采用扩散支配相变动力学方法对Fe-Bi-Mn系易切削合金侧向快速凝固过程进行数值研究。建立对流扩散-多相相变体系三维凝固模型,考虑固、液、气三相扩散流动相变对合金凝固的影响,模拟研究合金中MnS和Bi(易切削相)的柱状晶/等轴晶形成过程。结果表明:合金凝固过程中MnS和Bi的柱状晶/等轴晶形成模式强烈受对流扩散和多相相变影响;对流扩散为正值处,溶质的多相质量相变速率较大且富集程度较低,流动稳定易形成柱状晶;对流扩散为负值处,溶质的多相质量相变速率较小且富集程度较高,当晶尖处溶质富集到一定程度,对流扩散与多相相变产生的紊流使柱状晶尖端断裂,成为等轴晶形核中心,此处为等轴晶稳定形成区域。     

温度梯度溶液法生长ZnTe晶体时生长界面的优化设计

为了优化用温度梯度溶液法(TGSG)生长ZnTe晶体时的生长界面,设计了一种由莫来石圆筒及其内部的圆柱形石墨芯组成的安瓿支撑结构。用有限元的方法数值模拟了这种支撑结构对生长过程中各种传输现象及生长界面形貌的影响。模拟结果显示,晶体生长开始时,溶液内存在上下两个顺时针方向的涡流。随后,靠近生长界面的涡流很快消失,远离生长界面的涡流逐渐缩小,并向溶液顶部移动。生长界面前的对流消失后,ZnTe溶质以扩散形式向生长界面传输。生长界面最开始为凸界面,待生长至晶锭总长度的1/3处时转为平直界面,之后转为凹界面。生长界面深度始终明显小于未采用本支撑结构时的生长界面,也没有出现生长界面的分段现象。这样的生长界面将有利于提高ZnTe晶体的单晶率及结晶质量。     

Simulation of dendrite growth of Fe–C alloy using phase field method

采用相场法模拟了Fe--0.5%C合金等温凝固过程中单个枝晶和多个枝晶的生长, 研究了过冷度、各向异性、界面厚度、晶体取向以及扰动对枝晶形貌的影响, 获得了具有二次分枝的枝晶形貌, 再现了枝晶生长过程及枝晶臂之间的竞争生长. 模拟结果表明: 凝固过程中存在溶质富集和枝晶偏析, 枝晶主干溶质浓度最低, 枝晶臂之间的液相浓度最高. 随着过冷度的增大, 枝晶生长加快且分枝发达; 界面厚度直接影响枝晶的生长速度; 各向异性影响枝晶的形态; 晶体取向与坐标轴方向一致时枝晶优先生长;扰动的加入导致枝晶分枝的形成.     

磁场对KNbO3熔体中温度分布影响的实验研究

研究了磁场对ＫＮｂＯ３熔体中的温度分布的影响,利用加磁场的休仑微分干涉显微实时观察装置及一种近似的间接测量方法。对在不同磁场强度０、７０、１１７、１３５ｍＴ下,ＫＮｂＯ３Ｏ熔体中的径向温分布进行测量。     

BaTiO3基PTCR陶瓷的复阻抗谱研究

采用复阻抗方法,系统地研究了ＢａＴｉＯ３基ＰＴＣＲ陶瓷的电性能,通过Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅｘ图,计算了样品的晶粒、晶界电阻值和弛豫时间常数,同时利用Ｈｅｙｗａｎｇ模型估算了势垒高度。Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅ图分析表明,随阒测试温度的提高,Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅ圆将从单半圆向双扭线过渡,表明在居里温度附近,由于热激活出现了不同的缺陷类型实验结果表明了ＰＴＣ效应是一种晶界效应,晶粒电阻随温度的变化呈ＮＴＣ特性,而晶     

原位生成TiC/Ti5Si3纳米复合材料的显微结构研究

研究了原位生成ＴｉＣ／ＴＩ５Ｓｉ３纳米复合材料的显微结构,实验结果表明,以ＳｉＣ和Ｔｉ原料,通过反应热压工艺可以原位合成ＴｉＣ／Ｔｉ５Ｓｉ２复合材料,其中的大部分ＴｉＣ粒子为纳米粒子,ＴｉＣ晶粒与Ｔｉ５Ｓｉ３晶粒的晶界上存在原子台阶,复合材料还含有少量Ｔｉ３ＳｉＣ２相,这些Ｔｉ３ＳｉＣ２相主要呈棒状分布在Ｔｉ５Ｓｉ３基体中,另有少量ＴｉｅＳｉＣ２相位震大的ＴｉＣ晶粒内。     

蒸汽掺杂-一种新的钛酸钡基PTCR陶瓷的掺杂方法

晶界铲应是陶瓷材料所固的的特性,利用某些氧化物在高温下具有较高的蒸汽压,在烧成过程对陶瓷材料进行掺杂改性,可以有效地控制晶界行为,改善材料性能,钛酸钡基半导体陶瓷中存在的ＰＴＣＲ效应,是一种典型的晶界效应。     

锂掺杂MoO3薄膜的制备及电色性能的研究

采用过氧化氢溶胶－凝胶法成功地在室温下制备了纯的ＭｏＯ３和锂掺杂的ＭｏＯ３薄膜,通过ＴＧ－ＤＴＡ热分析、ＦＴＩＲ红外光谱分析、循环伏安和光学特性的测试,研究了薄膜成膜过程中的结构墨迹过程和薄膜的电化学性能及电变色性能,结果表明通过Ｌｉ＾＋掺杂,ＭｏＯ３溶胶的稳定性和ＭｏＯ３薄膜的电化学循环稳定性都有了较大的提高,且掺杂锂的ＭｏＯ３薄膜仍具有良好的变色性能。     

添加Ta2O5对MnZn功率铁氧体性能的影响

采用氧化物陶瓷工艺制备MnZn功率铁氧体,研究了不同Ta₂O₅含量对MnZn功率铁氧体微观结构和磁性能的影响. 结果表明：少量Ta₂O₅的加入可以使铁氧体烧结样品的晶粒尺寸增大,气孔率下降,起始磁导率、饱和磁感应强度和电阻率升高,损耗降低. 而加入过多的Ta₂O₅会导致异常晶粒长大,气孔率升高,起始磁导率、饱和磁感应强度和电阻率降低,损耗增大. 当Ta₂O₅含量为0.04wt%时,铁氧体烧结样品的晶粒尺寸大小均匀,气孔率最低,起始磁导率、饱和磁感应强度和电阻率达到最大值,损耗最低.     

低温湿化学还原法制备Bi2Te3单晶纳米棒

采用低温湿化学还原法,以Bi(NO3)3·5H2O和TeO2为原料,通过乙二胺四乙酸(EDTA)参与调节使反应体系为中性,以NaBH4为还原剂,以表面活性剂Brij56(HO(CH2CH2O)10C16H33)为晶体生长调控剂,制备了Bi2Te3纳米棒.通过X射线衍射(XRD)、X射线荧光探针(XRF),扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对样品的组成和结构进行了分析,同时初步探讨了Bi2Te3纳米棒的生长机理.结果表明,制备的Bi2We3纳米棒直径在30nm左右,长度在400nm左右,具有单晶结构;反应温度和Brij56的浓度对晶体形貌有较大的影响.     

热压烧结TiB2陶瓷的显微结构和力学性能研究

以Ｙ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３为烧结助剂,通过热压制备了ＴｉＢ２陶瓷,研究了烧结温度,烧结时间和晶化处理对材料的显微结构和力学性能的影响。实验结果表明,随着烧结温度的升高,烧结体失重增加,其抗弯强度和断裂韧性降低,烧结时间延长,其显微结构的均匀性降低,对力学性能不利。晶粒直径对ＴｉＢ２陶瓷的力学性能有重要影响,晶化处理能够导致晶界析出ＹＡＧ相,从而提高ＴｉＢ２陶瓷的高温抗弯强度。     

ZrO2:CdS薄膜的光物理性质

利用吸收和荧光光谱研究了ＺｒＯ２：ＣｄＳ薄膜的光物理特性实验观察到了随颗粒尺寸的减小ＣｄＳ的吸收带边的蓝移现象,研究了不同激发条件下的荧光光谱。发现了薄膜中ＣｄＳ的微弱的荧光发射。并且分析了介质效应对ＣｄＳ光学特性的影响。