外场作用下BaTiO_3单晶裂纹扩展和畴变

通过偏振光显微镜对连续应力和恒电场作用下的BaTiO_3单晶中的裂纹扩展和畴变过程进行原位观察.结果表明.在连续应力的作用下,裂尖处应力集中导致出现畴变带,裂纹与畴变带垂直相交,畴带和裂纹一起向前移动,畴变在先,裂纹扩展在后;在恒电场作用下,畴变引起的不协调应变导致电致裂纹扩展,畴变始终发生在裂纹扩展之前.裂纹向前扩展时不断的切过前方的畴带,直到不再有畴变发生时裂纹停止扩展.     

BaTiO3单晶压痕裂纹的畴变和裂纹扩展的原位观察

金相显微镜原位观察了面内极化的BaTiO3单晶在瞬时电场作用下的畴变和裂纹形核、扩展的关系以及未极化BaTiO3单晶在恒电场下Vickers压痕裂纹扩展和电致畴变的关系.结果表明,畴变是裂纹形核、扩展的先决条件,但不存在直接的关系.在恒电场下,未极化的BaTiO3单晶卸载压痕裂纹的滞后扩展可以导致畴变区的扩大.     

湿空气中恒磁场导致(Tb,Dy)Fe2合金的滞后开裂

对（Tb，Dy）Fe2超磁致伸缩合金，用微分相衬显微镜原位研究了应力和磁场引起的畴变、卸载压痕裂纹在湿空气中的滞后扩展以及在湿空气中恒磁场引起的滞后畴变及滞后开裂．结果表明，当磁场大于门槛值上Hth后就能使压痕裂纹发生瞬时扩展；在湿空气中，残余应力能使（Tb，Dy）Fe2发生滞后扩展，当裂纹止裂后，恒磁场（H〈Hth）能使磁畴发生滞后变化，并能使压痕裂纹进一步发生滞后扩展．     

水岩作用下岩体裂纹亚临界扩展

亚临界裂纹扩展是岩体工程时间相依性的主要原因之一,利用Inston1342型电液伺服材料试验机,采用常位移松弛法分别进行自然状态以及饱水状态下岩块的亚临界裂纹扩展实验,获得了两种环境下岩石裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及亚临界裂纹扩展参数,研究水对岩石亚临界裂纹扩展规律的影响,并对两种环境下亚临界裂纹扩展参数进行了对比分析。结果表明:两种环境下岩石的lgKI-lgv有较好的线性规律,岩石的亚临界裂纹扩展速率与裂纹尖端应力强度因子服从幂函数关系;在双对数坐标空间中,含饱和水试件的lgKI-lgv曲线位于空气中试件lgKI-lgv曲线的左上角,含饱和水试件的曲线斜率较空气中试件的减小,而截距增加。在同一应力强度因子水平上,含饱和水试件的裂纹扩展速度大,表明水加速了岩体亚临界裂纹扩展。该实验结果可为水化学作用下复杂岩体的稳定性分析提供可靠依据。     

环境断裂研究进展

本文介绍了环境断裂近年来的研究进展.第一部分是功能材料的环境断裂.研究发现,铁电陶瓷如PZT和Ba-TiO3在有水或无水环境中,应力能使压痕裂纹发生滞后扩展(即存在应力腐蚀).恒电场能引起铁电陶瓷的畴变,不协调畴变会产生内应力,电场和应力场对环境断裂存在耦合作用,因此,恒电场下环境断裂的本质是内应力引起的环境断裂;对磁致伸缩材料如(ThDy)Fe2,应力和磁场均能引起畴变,卸载压痕裂纹在湿空气中的滞后扩展以及恒磁场引起的滞后畴变及滞后开裂均能发生.第二部分是关于氢压裂纹(白点)的再认识.氢压裂纹形核前是一个内壁光滑的空腔,微裂纹从空腔壁产生,而后连接形成白点.白点断口和含白点试样的断口概念不同,对车轮钢,前者为准解理的穿晶断裂,和氢致滞后开裂断口相同,但后者则依赖断裂方式和试样厚度.钢中白点除了产生二次裂纹外,对各种断口形貌均没有影响.车轮钢的滞后断裂由原子氢引起,与白点无关.     

PZT-5铁电陶瓷恒载荷压痕裂纹在空气和水中的扩展过程

用Vickers硬度计作为加载装置,研究了极化锆钛酸铅(PZT-5)铁电陶瓷压痕裂纹恒载荷下在室温空气和水中的扩展规律.结果表明,恒载荷下,压痕裂纹在空气和水中不断扩展, 120 h后趋于稳定,从而就可获得裂纹扩展速率和裂纹止裂的门槛应力强度因子KISCC,它们均显示各向异性.研究表明,裂纹扩展速率和KISCC的各向异性与铁电陶瓷断裂韧性的各向异性有关,即裂纹扩展速率随KIC的增加而降低,而KISCC随KIC的增加而升高.平行极化方向裂纹的断裂韧性比垂直极化方向高,即KCICdn/dt;与在空气中相比,在水中应力腐蚀更敏感,即裂纹扩展速率更高、门槛值更低.     

恒应力下BaTiO3单晶压痕裂纹的滞后扩展和畴变

原位研究了残余应力和外加应力导致BaTiO3单晶压痕裂纹在湿空气和水中的滞后扩展及畴变．结果表明；很小的外应力就可使压痕裂纹扩展，裂尖的应力场强度因子KI=0．242σ√c＋0．0117d√YP／c^3／2．残余应力能使卸载压痕裂纹在湿空气和水中滞后扩展并使裂纹所围的畴变区增大．在水中外加恒应力，经过一定时间后畴变区先增大，然后才导致裂纹滞后扩展．     

铸造γ+α双相不锈钢的裂纹生长与扩展速率

采用阶梯能量示波冲击试验法研究了铸造双相不锈钢冲击弯曲破断时,裂纹的萌芽、生长、扩展3个阶段与载荷-位移曲线及断口的对应关系,研究了裂纹的生长与扩展速率。结果表明,裂纹萌芽于屈服后的第2个载荷-位移曲线高峰。裂纹生长的临界尺寸对应于载荷-位移曲线平台后的第2个下跌槛。裂纹生长对应于断口上的启裂区。裂纹扩展对应于断口上的扩展区。在启裂前区裂纹以较低速率波动生长,启裂后区裂纹的生长速率更趋减缓。裂纹扩展的前期扩展速率很高,后期则迅速下降。裂纹从萌芽到生长至临界尺寸耗费了总破断功的76.2%。     

焊接力学不均匀性对316L焊缝扩展裂纹端部场的影响

由于接头组织和材料力学特性的不均匀,特别是当焊接热影响区的硬化对应力腐蚀破裂有重要的促进作用时,核电一回路316L管道焊接接头的应力腐蚀裂纹更容易扩展。考虑到焊接力学不均匀性,本文分析了恒应力强度因子(KI)和恒载荷条件下316L管道焊缝扩展裂纹尖端的局部应力应变场。研究结果表明,由于焊接力学不均匀性和裂纹长度的影响,恒KI和恒载荷条件下,扩展裂纹端部力学场有很大差异;恒载荷对扩展裂纹尖端应力应变的影响比恒KI要大得多。     

浸蚀促进BaTiO3单晶的畴变和裂纹扩展的研究

研究了浸蚀对极化和未极化的BaTiO3单晶中畴变和压痕裂纹扩展的影响.结果表明,对面内极化试样(即极化方向[001],压痕面(100)),用HCl+HF水溶液浸蚀20 s,其压痕裂纹的平均长度由(140±17)μm扩展至(211±26)μm,即增长50%,同时压痕裂纹所围的90°畴变区也明显增大;先浸蚀再打压痕和压痕后再浸蚀所得的结果相同.其原因和浸蚀剂分子吸附降低表面能有关.对离面极化试样(即压痕面(001)垂直于极化方向[001]),则浸蚀对其裂纹长度和畴变区基本没有影响.对未极化试样,浸蚀使其裂纹长度从(150±21)μm增至(182±30)μm,即增长约20%,同时畴变区亦增大.     

垂直电场下BaTiO_3单晶的畴变与压痕裂纹的演化

利用微分干涉相衬显微镜,在垂直于极化方向的电场下,对BaTiO_3单晶的畴变过程和单晶上压痕裂纹的变化过程进行了原位观察.通过对压痕周围和远离压痕区畴变过程的对比,研究了压痕对其周围畴变的影响.结果显示,面内极化试样在垂直于极化方向的面内电场作用下,原有压痕和压痕裂纹随整个试样经历90°畴变后也要发生变化,变化后其形貌与在新的极化状态下重新压制的压痕相似;对离面极化试样加面内电场时,畴变速度先增大后减小,畴变完成一半时,速度最大;而且畴变初始阶段速度呈现大小相间的振荡性.     

(0.96Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3~-0.04BaTiO_3)-(0.98K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3~-0.02LiTaO_3)无铅压电陶瓷的结构分析与性能研究

研究了(1-x)(0.96Bi_0.5Na_0.5TiO_3-0.04BaTiO_3)-x(0.98K_0.5Na_0.5NbO_3-0.02LiTaO_3)(BNTBT-KNNLT)体系在0≤x≤0.07这一组分区域的结构和性能.X射线衍射谱发现,这一系列组分在室温下形成纯钙钛矿型固溶体,没有其他杂相产生.(111)峰的峰位和峰形随组分的变化有规律的变化.随着KNNLT组分的加入,压电及介电等性能有比较明显的改变.压电性能随KNNLT的加入出现最大值.当x=0.02时,压电常数d_(33)=125 pC/N.介电常数在室温下随组分的增加而增加.电滞回线的结果显示,尽管在BNTBT中掺杂了KNNLT,这一系列的压电陶瓷仍然具有较大的矫顽场.当x=0.02时,室温下介电常数和剩余极化强度分别为:ε_r=1455,P_r=32.3 μC/cm~2.实验结果表明适量的KNNLT掺杂进BNTBT中可以改善BNTBT的压电和介电性能.     

SOLIDIFICATION OF NICKEL-BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY BY ELECTRIC FIELD

The crystal growth of a nickel-based single crystal superalloy DD3 was researched via controlled directional solidification under the action of a DC electric field. The cellular or dendrite spacing of the single crystal superalloy is refined and microsegregation of alloying elements Al, Ti, Mo and W, is reduced by the electric field. The electric field decreases the interface stability and reduces the critical growth rate of the ceUular-dendritic translation because of Thomson effect and Joule heating. The precipitation of the γ＇ phase is more uniform and the size of the γ＇ phase is smaller with the electric field than that without the electric field.     

单晶叶片激光修复研究进展

单晶叶片激光修复技术为航空领域节约了大量成本,该技术以增材制造工艺为基础,以期在单晶基底上通过定向凝固生长出理想的单晶结构。目前,主流的单晶叶片修复技术包括以下两类：定向能量沉积技术（Directed Energy Deposition,DED）、粉末床熔融技术（Powder Bed Fusion,PBF）。本文综述了两种主要修复技术的研究进展,总结了修复过程中工艺参数的影响及单晶生长的机理,阐明了单晶修复技术在航空领域的应用潜力。此外,本文还讨论了单晶叶片修复目前面临的主要挑战,并对其未来发展趋势进行展望。     

Influence of substrate strain anisotropy in TBC system failure

The lifetimes of thermal barrier coatings (TBC) are known to show considerable scatter. Experimental original data have revealed the strong correlation between spallation patterns and local strain field. This strain field was shown to be a function of the substrate single crystal orientation. Thus, this study addresses the strain variation in the single crystal substrate and its influence on TBC system life. This task was achieved using both finite element analysis (FEA) to take into account crystal plasticity in the substrate single crystal and a recent TBC life model [1].     

单晶UBM在电子封装微互连中的研究进展

3D封装是未来电子封装制造技术领域的重要发展方向,3D封装中微凸点的尺寸将急剧降低,此时,芯片凸点下金属层(UBM)可能仅包含几个甚至单个晶粒。因此,UBM的晶体取向对界面金属间化合物(IMC)的形核和生长过程将具有显著影响,而界面IMC的特性会直接影响到凸点微/纳尺度互连的可靠性。因此,以单晶作为UBM研究界面物质的传输与IMC的生长规律,具有重要的理论和应用价值。本文对近年来以单晶Cu、Ni和Ag作为UBM焊点的界面反应进行综合分析,总结了单晶UBM上特殊形貌IMC晶粒的形成条件、界面IMC与单晶基体的位向关系、IMC的生长动力学过程、柯肯达尔空洞的形成规律、单晶UBM上IMC的晶体取向调控方法及晶体取向对无铅焊点力学性能和可靠性的影响,为评价单晶UBM凸点的力学性能和可靠性及提供指导。     

Relation between stabilization energy, crystal field coefficient and themagnetic exchange interaction for Tb3+ ion

Based on a single ion model, Hamiltonian of the simplest form about magnetocrystalline anisotropy for Tb3+ ion was solved by using the numerical method. The relation between the stabilization energy, crystal field coefficient B20 and the magnetic exchange interaction was studied as temperature approaches to 0K. The results show that the stabilization energy contributed by Tb3+ is linear with crystal field coefficient B20 approximately, but it is insensitive to the change of magnetic exchange interaction for the strong magnetic substancessuch as TbCo5, Tb2Co17 and Tb2Fe14B compounds.     

Electric field-modulated Hall resistivity and magnetization in magnetoelectric Ni-Mn-Co-Sn/PMN-PT laminate

The effects of electric field on the magnetization and Hall resistivity were investigated in a laminated composite consisting of Ni₄₃Mn₄₁Co₅Sn₁₁ alloy and Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃ ferroelectric single crystal. Upon applying an electric field (3 kV/cm) on the single crystal, the change of Hall resistivity in the alloy is up to 45%. The co-action of magnetization change and the different carrier concentration between the martensitic and austenite phases of alloy, which result from the stress-induced martensitic transformation, are responsible for the electric field-modulated Hall resistivity.