相场法模拟烧结后期陶瓷晶粒生长及气孔组织演化研究

采用相场模型模拟了烧结后期陶瓷微观组织演化过程。在二维模拟系统中分别设置不同大小、含量以及数量的气孔,分析了气孔的脱钩现象,研究了烧结后期气孔对陶瓷晶粒生长动力学的影响规律。模拟结果表明,陶瓷晶粒尺寸与气孔率和气孔数量成反比,与气孔尺寸成正比。     

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.     

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。     

Er／Yb／Al掺杂ZnO薄膜的结构与形貌研究

采用射频磁控溅射技术在室温下Si衬底上制备了ZnO薄膜和Er／Yb／Al掺杂的ZnO薄膜。通过对XRD的结构分析表明：未掺杂ZnO薄膜沿c取向性生长,掺杂ZnO薄膜偏离了正常生长,变为（102）取向性生长的纳米多晶结构;Er／Yb／Al掺杂的ZnO薄膜的晶粒尺寸随着Er元素含量的增多而减小。经AFM对其形貌分析表明：Er^3＋、Yb^3＋、Al^3＋的掺入引起了ZnO薄膜晶格场变化,使薄膜表面粗糙度变大。     

强迫对流下各相场参数对枝晶生长的影响

利用耦合流场的相场模型,以Ni—Cu二元合金为例研究各相场参数对金属凝固过程中枝晶生长的影响。结果表明：对流对枝晶形貌影响很大,上游枝晶的枝晶臂最长,下游枝晶臂最短,整个枝晶呈现非对称形貌;对流速度越大,上游枝晶生长越快;各向异性系数越大,主枝枝晶臂越瘦长;扰动的引入可以促进枝晶二次枝晶臂的生长,但基本上不影响枝晶尖端稳态行为。     

三氧化二铁纳米微晶的晶格畸变

对γ相和α相三氧化二铁纳米微晶的系列样品进行了Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）实验研究，从所得晶粒度和微结构参数发现：此纳米微晶的晶粒组元中存在着晶格畸变；随着温度的升高，γ相和α相纳米微的微结构与晶粒度和温度有着较密切的关联．对此畸变，我们给出了初步的物理解释．     

采用改进的Monte Carlo方法实现晶粒生长的拓扑变化

通过Delphi软件的图像操作语言对组织中的各个晶粒进行着色，以蒙特卡罗（Monte Carlo）模型为依据，通过改进其晶粒生长边界条件，晶粒生长方式和能量表现形式，对正常晶粒的生长进行了演化，在普通PC机上实现了模拟，模拟情况符合晶粒生长规律拓扑变化。直观地表现出晶粒生长各阶段的情况。     

纳米氧化锆粉体的制备与表征

采用化学沉淀法来制备氧化锆粉体,利用DTA、TG、IR、XRD等方法对氧化锆粉体及前驱物进行表征,并重点研究了锆盐浓度及煅烧温度对氧化锆粉体结构与性能的影响。结果表明,前驱物在450℃下煅烧后,由无定型转变为晶相,氧化锆粒子中同时存在单斜相和四方相,主要以单斜相为主。随着煅烧温度升高,氧化锆晶粒生长速度增大,晶粒尺寸变大,晶型由四方相逐渐转变为单斜相。当锆盐浓度为0.4mol/L时,粉体的产率高、晶粒尺寸小,晶粒尺寸为20.2nm,结晶完整性最好。     

铝/钢等离子弧熔-钎焊接头界面电子背散射衍射分析

采用电子背散射衍射(EBSD)技术对铝合金/超高强钢等离子弧熔-钎焊接头界面的组织构成、晶粒取向和取向差分布、晶粒尺寸、织构情况进行了研究。结果表明：铝合金/超高强钢等离子弧熔-钎焊接头界面组织呈明显的双层结构,由Fe₄Al₁₃相和Fe₂Al₅相组成,两相在晶粒尺寸和形态上存在明显差异。Fe₄Al₁₃相呈细小的等轴晶形态,以大角度晶界为主,Fe₂Al₅相呈柱状晶形态,以小角度晶界为主。Fe₄Al₁₃相的晶粒尺寸明显小于Fe₂Al₅相晶粒尺寸。Fe₄Al₁₃相的主要织构为<010>丝织构,Fe₂Al₅相晶粒具有明显的择优取向,其主要织构为<001>丝织构。     

Yb:YAG激光晶体生长与开裂分析

按3:5的化学计量比进行配料及合成,得到了YAG相的高纯原料;采用Cz法生长了掺杂浓度为5%的Yb:YAG晶体,对晶体的生长工艺进行了研究,如温场结构对晶体生长的影响;并分析了Yb:YAG 晶体开裂的影响因素.     

Influence of crystallographic orientation on growth behavior of spherical voids

The influence of crystallographic orientation on the void growth in FCC crystals was numerically simulated with 3D crystal plasticity finite element by using a 3D unit cell including a spherical void, and the rate-dependent crystal plasticity theory was implemented as a user material subroutine. The results of the simulations show that crystallographic orientation has significant influence on the growth behavior of the void. Different active slip systems of the regions around the void cause the discontinuity in lattice rotation around the void, and the corner-like region is formed. In the case of the void located at grain boundary, large heterogeneous deformation occurs between the two grains, and the equivalent plastic deformation along grain boundary near the void in the case of θ=45^o （θ is the angle between grain boundary direction and X-axis） is larger than the others. Large difference of orientation factor of the two grains leads to large equivalent plastic deformation along grain boundary, and the unit cell is more likely to fail by intergranular fracture.     

Grain size distribution and topology in 3D grain growth simulation with large-scale Monte Carlo method

Three-dimensional normal grain growth was appropriately simulated using a Potts model Monte Carlo algorithm. The quasi-stationary grain size distribution obtained from simulation agreed well with the experimental result of pure iron. The Weibull function with a parameter β=2.77 and the Yu-Liu function with a parameter ν =2.71 fit the quasi-stationary grain size distribution well. The grain volume distribution is a function that decreased exponentially with increasing grain volume. The distribution of bounda...     

Derivation of Hillert-type 3D grain growth rate model with topological considerations and discussion on its grain size parameter

A Hillert-type three-dimensional grain growth rate model was derived through the grain topology-size correlation model, combined with a topology-dependent grain growth rate equation in three dimensions. It shows clearly that the Hillert-type 3D grain growth rate model may also be described with topology considerations of microstructure. The size parameter bearing in the model is further discussed both according to the derived model and in another approach with the aid of quantitative relationship between the grain size and the integral mean curvature over grain surface. Both approaches successfully demonstrate that, if the concerned grains can be well approximated by a space-filling convex polyhedra in shape, the grain size parameter bearing in the Hillert-type 3D grain growth model should be a parameter proportional to the mean grain tangent radius.     

基于递归法Cu-Zr合金的强化机理及导电性

为了研究Cu-Zr合金强化机理及导电性能,采用递归法计算Cu-Zr合金电子结构,并用电子结构参数解释了合金的强化与导电机理.研究发现,在Cu基体原子中Zr原子间相互作用能为正,互相排斥形成有序相,以化合物形式从基体析出.环境敏感镶嵌能的计算结果显示,稀土元素Y从晶粒内向晶粒表面扩散,并填补在生长中的Cu晶粒表面缺陷处,阻碍晶粒长大,使晶粒细化.Y在Cu晶粒表面互相排斥形成有序相,能阻止晶界或位错的运动,使合金的强度增加.电子的偏移使合金原子带负电荷,而周围的Cu基体带正电荷,进而在合金内部产生微电场.微电场的存在对电子产生散射作用,使合金电阻增大,降低导电能力.     

晶粒长大动力学的计算机模拟

利用元胞自动机模型研究了2维晶粒长大的动力学,模型将微观结构映射到离散的格点上进行研究;微观结构演化的研究是通过考察晶粒大小和形状随时间的变化来实现的。精确地再现了文献中理论推导的结果;研究了复杂结构下的晶粒长大动力学曲线;考察了控制参数对于晶粒长大动力学过程的影响;并具有一定的一般性,可以用于多种情况下的模拟。     

锆英石基三价锕系模拟核素固化体的性能

为研究锆英石基三价锕系模拟核素固化体的性能,利用Eu^3＋作为三价锕系核素模拟替代物质,以ZrO2、SiO2和Eu2O3粉体为原料采用高温固相法成功制备了包容Eu^3＋为20％（以摩尔计,下同）的锆英石基固化体。利用粉末x射线衍射仪、扫描电子显微镜和电感耦合等离子体质谱仪对固化体的物相、结构、微观形貌及模拟核索的浸出率进行了研究。结果表明：固化体中虽包容有20％的Eu^3＋,但其主物相仍以锆英石物相为主,与标准样品相比晶胞参数发生10^-5～10^-4 nm量级的微弱变化。固化体的粒度主要集中在2～3μm,以板块状为主,在pH=6．5的HCl浸出液中Eu^3＋的平衡浓度小于0．4μg／L。     

Bi_2O_3和Fe_2O_3掺杂对BaTiO_3陶瓷显微结构的影响

利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、透射电子显微镜（ＴＥＭ）和Ｘ射线能量色散谱（ＥＤＡＸ）等结构分析 技术,研究了施主（Ｂｉ３＋）和受主（Ｆｅ３＋）掺杂对ＢａＴｉＯ３陶瓷显微结构的影响。研究结果表明;施主掺杂抑制晶 粒生长,受主掺杂则促进晶粒生长;受主（Ｆｅ３＋）掺杂导致部分晶粒中出现壳－芯结构和包晶结构特征,ＦＤＡＸ 微区分析证实,壳－芯结构和包晶结构的形成都与Ｆｅ３＋的偏析有关;在 Ｂｉ掺杂ＢａＴｉＯ３陶瓷晶粒中发现子离 子化合物材料中比较罕见的位错网。     

激光增材制造高性能大型钛合金构件凝固晶粒形态及显微组织控制研究进展

简要介绍高性能大型关键金属构件激光增材制造的技术特点,总结本团队在高性能大型关键钛合金构件激光增材制造过程中,对凝固晶粒形态和显微组织控制的主要研究进展:发现了钛合金构件激光增材制造过程中熔池底部外延生长和顶部异质形核两种主要形核生长机制,建立了基于增材制造工艺参数及凝固条件控制的全柱状晶、全等轴晶和柱状晶-等轴晶混合组织等凝固晶粒形态主动控制技术;发现了激光增材制造双相钛合金构件高性能特种双态显微组织新形态,并建立其固态相变理论及显微组织主动控制技术。