蓝宝石热物性能对SAPMAC法晶体生长影响的模拟分析

利用数值模拟计算方法对材料热物性能对晶体生长的影响进行了计算分析,计算表明:晶体与熔体具有相同的热导率时,较小的热导率能够有效降低晶体内温度梯度和界面凸出率;晶体热导率各向异性时,较大的径向热导率,较小的轴向热导率更有利于保持微凸的生长界面;热熔、潜热对温场几乎没有影响.选α轴为结晶取向,成功生长出了直径达230 mm、高质量蓝宝石晶体.     

大尺寸氧化铝单晶的光谱和色心研究

采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)生长了目前国内最大的氧化铝单晶体(￠225 mm×205 mm,重27.5 kg).测试了大晶坯不同部位样品的真空紫外吸收光谱(140 nm～380 nm)及荧光光谱.结果表明,晶体各部位样品都存在波长为163 nm,178 nm及230 nm左右的吸收峰位;而且边缘部位样品的吸收系数更大.荧光光谱图上主要存在320 nm左右的紫外荧光带和420 nm附近的蓝色荧光带.进一步的研究证实了吸收色心起源于氧空位与Ti4+复合存在以及Mn4+、Cr3+等杂质离子的电荷转移过程.计算了不同类型的色心浓度.最后提出了减小色心浓度、提高晶体光学性能的一些工艺措施.     

过烧YAG陶瓷晶界的分析

采用固相反应法用不同的烧结速率在1850℃烧结合成过烧钇铝石榴石(YAG)陶瓷,YAG陶瓷晶界形貌随烧结速率的变化而不同.高纯的α-Al2O3和Y2O3原料粉体经高能球磨在1400℃空气中煅烧,生成主相为YAG相的多相粉体化合物.真空烧结YAG陶瓷时烧结速率800 ℃/h并在1850 ℃真空烧结4 h会使陶瓷中晶粒长大不充分,晶粒与晶粒之间仍保留明显的面接触,陶瓷内部残存大量直径约1 lμm的气孔,尺寸与可见光波长接近,对透过率的影响大,陶瓷成半透明;在以100 ℃/h升至1850 ℃真空烧结4 h的YAG多晶陶瓷半透明化,陶瓷晶粒粗大,晶界宽化且保留熔融态凝固,用TEM及EDS确认晶界处存在α-Al2O3和钙钛型YAP共晶相.     

非屈曲织物增强复合材料双轴压缩力学行为

在实际工程应用中,复合材料与构件往往处于复杂的应力状态,开展近似真实载荷环境下的力学实验分析,能够更准确地认识实际应用中材料的真实承载能力和失效机理.基于非屈曲单向碳纤维织物复合材料层合板的细观结构特征,设计了双轴压缩试样,开展了材料单轴、双轴压缩试验研究,对比分析了单向织物复合材料在不同压缩载荷下的力学行为.研究结果表明:非屈曲单向织物复合材料的单轴压缩行为表现为线性、脆性断裂;破坏模式整体表现为剪切屈曲破坏,与单轴压缩相比,双轴压缩载荷作用下材料整体表现为线性、脆性断裂,但其应力-应变曲线表现出一定的非线性特征;双轴1∶1等比例压缩对材料抵抗变形能力有一定强化效应,材料压缩模量增加;双轴2∶1非等比例压缩的结果与之相反,材料压缩模量大幅降低;双轴压缩强度均低于其单轴压缩强度;破坏模式主要表现为分层、基体开裂和纤维断裂,其中以分层现象尤为明显.     

双相颗粒混合增韧ZrB2陶瓷复合材料的研究

将增韧相与ZrB2陶瓷基体按配比混料、热压,制备了双相颗粒混合增韧ZrB2陶瓷复合材料,研究了其密度、硬度、力学性能、耐烧蚀性能以及显微组织．结果表明,采用混料一热压法能制备99．5％理论密度的ZrB2复合材料;显微硬度为800HV,室温抗压强度为1．397GPa,相对压缩率为21．8％．随着温度升高,强度和压缩率均急剧下降;然而,到l100℃时抗压强度仍高达649MPa,相对压缩率为7．6％,该复合材料在等离子电弧加热器上烧蚀6s后,试样表面温升达2800℃,烧蚀后晶粒长大,部分韧化相熔化飞出,留下孔洞．在氧一乙炔焰上烧蚀30s后,试样表面温升达到2000℃,烧蚀后表面无裂纹,表面形成一层氧化膜,晶粒略有长大．     

SAPMAC法生长大尺寸蓝宝石单晶工艺研究

采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC法)在真空条件下,选择<101-0>方向的籽晶成功生长了尺寸为220×200 mm的大尺寸蓝宝石晶体,生长时结晶区温度梯度为0.5~1.0℃/mm,生长速度为0.1~2 mm/h.对生成晶体的透射率进行了检测,测试结果表明在2 500~4 000 cm-1范围内,1mm厚度蓝宝石晶片的透过率达85%以上.     

加热温度对GOI法生长蓝宝石晶体影响的数值模拟

利用数值模拟分析方法,模拟了通过调节加热温度促进GOI法蓝宝石晶体生长的过程。分析了加热温度变化对晶体生长的固液界面凸出率、晶体内温度分布、温度梯度的影响;热交换器散热参数与加热温度之间的关系。结果表明,在GOI法蓝宝石晶体生长中,合适的降温控制程序有利于提高晶体生长质量,晶体生长速率会随着加热温度的降低而快速增加。在相同降温程序下,较大的热交换器散热能力具有较快的晶体生长速率;低的热交换器散热能力和加热温度有利于降低晶体生长的界面凸出率。     

三维编织碳/环氧复合材料力学性能测试及破坏机制

通过宏观拉压试验, 研究了三维正交编织碳/环氧复合材料的拉伸和压缩力学性能。对试验过程进行了声发射分析, 对断口进行了扫描电镜观察分析, 给出了该类材料的拉伸和压缩破坏机制。结果表明: 三维正交编织碳/环氧复合材料有良好的拉伸和压缩力学性能; 三维正交编织复合材料在拉伸和压缩载荷作用下的断裂均为脆性断裂, 拉伸试验的主要破坏现象是纤维断裂拔出, 而压缩试验则是纤维剪切破坏; 通过声发射参数分析可以基本判定该类材料损伤过程中的损伤类型。     

三维机织碳/碳复合材料双轴压缩载荷下的力学行为

基于三维机织碳/碳复合材料的细观结构特征, 设计平板十字形试样, 在材料双轴力学性能试验机上开展了复合材料单轴、 双轴加载压缩试验, 对比分析了三维机织碳/碳复合材料在双轴压缩载荷下的力学行为。研究表明: 三维机织碳/碳复合材料的压缩行为表现为非线性、 脆性断裂; 双轴载荷作用下非线性特征更为显著, 压缩模量随应力的增加而增大, 强度与模量相较于单轴有较大幅度增加, 双轴压缩载荷作用下材料的强化效应显著; 试样破坏位置并未出现在试样中心区, 而是发生在试样的加载端部或十字形试样的加载分枝根部, 主要表现为基体开裂、 纤维断裂和层间脱粘, 碳布及其层间界面剪切强度的强弱直接影响材料的压缩强度。