准晶中位错的Burgers矢量和滑移系

六十六前线临照教授等用Ｘ射线Ｌａｕｅ法实验测定了体心立方金属的滑移系及其与形变温度的关系，为阐明体心立方金属范性变的微观机制奠定了基础。透射电子显微术的发展提供了实验测定位错的Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量和滑移系的新方法。     

透射电镜原位拉伸研究金属材料形变机制

透射电镜原位拉伸方法是研究材料形变机制的一种直观而有效的手段。将拉伸实验与高分辨透射电镜相结合,通过在原子尺度上直接观察,实时地记录应力应变作用下晶体材料微观结构的演变及位错的产生和运动等,直观地揭示材料在弹性及塑性阶段的形变机理。本文将重点回顾近年来作者用透射电镜原位拉伸方法在研究金属材料形变机制方面的工作进展。主要包括纳米金属材料的晶界发射和吸收不全位错、晶粒旋转长大等变形机制,及金属材料在变形过程中的几种可逆形变机制。     

β-锡单晶的变形行为

从β-锡单晶晶体结构各向异性着手,研究总结了其变形行为:①拉伸性能及温度的影响;②蠕变性能与蠕变机制;③在一定载荷下,β-锡单晶的位错运动和滑移系开动情况。与和体心、面心立方金属相比,具有体心四方结构的β-锡单晶基本性能的研究还不完善;对于β-锡单晶的研究不仅有助于对β-锡多晶力学行为的机理性认识、细观尺度的力学模拟,而且对工业界新系列无铅焊料的开发有一定指导意义。     

G115钢中变形机制的原位透射电镜研究

新型马氏体耐热钢-G115钢以其优异的性能成为我国650℃超超临界火电机组厚壁部件的候选钢种。本文采用透射电镜中的原位拉伸力学实验，研究了G115钢室温变形条件下的位错行为和塑性变形机制。研究发现，位错间的相互反应、位错墙-位错的相互作用及多尺寸颗粒-位错的交互作用是材料塑性变形的主要机制。位错墙所构成的亚晶界不仅可以阻碍位错的运动，也可以选择性地传输位错。同时，析出相与位错之间的反应非常丰富。晶内随机分布的几十纳米左右粒径的富铜相可以有效钉扎位错并促进颗粒周围的位错增殖，而几百纳米左右粒径的M₂₃C₆颗粒则会强烈地阻碍位错滑移，形成位错的塞积和缠结。这些机制对材料的均匀塑性变形均有促进作用。     

亚稳态β钛合金冷旋锻形变组织的EBSD和TEM研究

本文利用电子背散射衍射（EBSD）和高分辨透射电子显微术（HRTEM）研究了冷旋锻亚稳态β钛合金Ti-23Nb-0．7Ta-2Zr-1．20（摩尔分数，％）（TNTZO）的形变组织，结果表明冷旋锻TNTZO合金具有与冷旋锻态或拉拔态普通体心立方金属相似的螺旋状组织及相同的织构组分——（110）丝织构；高分辨透射电镜观察表明冷旋锻TNTZO合金中存在1/2（111）位错。因此可认为TNTZ0合金仍通过传统的位错滑移机制进行塑性变形，不存在所谓的无位错塑性变形机制。     

定向凝固法生长多晶硅中位错密度降低的研究进展

位错可以通过缩短少数载流子寿命而严重限制多晶硅太阳电池的转换效率,随着对高转换效率的追求,研究多晶硅位错的重要性也随之增加.在介绍现有半导体晶体CRSS和HAS位错模型的基础上,归纳了定向凝固法生长多晶硅中应力、晶界、杂质、过冷度对位错形成的影响机制与缺陷腐蚀和原位检测等多种位错表征方法.重点阐述了控制固液界面形貌、籽晶、掺杂、硅锭制备工艺、硅片退火等技术对减少与抑制多晶硅位错的影响.最后,针对位错模型、位错表征以及多晶硅生长过程中位错的抑制和生长后位错密度降低技术进行了展望.     

单晶钽裂纹尖端的位错原位观察

本文利用原创双金属片技术,在透射电子显微镜中实现了对小尺寸单晶钽(Ta)拉伸变形的原位实验观察.由于裂纹尖端的塑性区具有与材料整体塑性变形类似的特征,因此本实验针对裂纹尖端处的位错行为进行了研究.实验发现随着裂纹的扩展,有大量呈弯曲或钩状的位错不断形核,并朝着位错弯曲的部分滑移.在进一步的拉伸应力作用下,位错的长直部分不断长大并使这些位错在裂纹尖端堆积.对裂纹尖端的原位高分辨图像观察,发现在单晶钽中有大量伯氏矢量b=1/2〈111〉型位错的形核和逃逸现象.因此,证明这些混合位错对BCC单晶钽的塑性变形有一定贡献,并首次给出了纳米尺度材料中位错堆积的实验证据.     

原子分辨的材料力学行为实验系统与晶界塑性原子机制

原子分辨的材料力学性能实验方法具有原子分辨功能，可实现外力作用下材料的组织结构与缺陷相互作用，以及微观结构在时间-空间演化过程的观测。受制约于高空间分辨电子光学系统的要求，透射电子显微镜的物镜极靴空间极小，原子分辨的原位力学实验系统在国际领域长期没有突破，基本属于空白。本文综述了研究小组近二十年来围绕原子分辨材料力学行为的研究工作，包括研发原子分辨的材料力学行为实验系统，在实验系统基础上发展的实验方法及开展的相关科学研究。科学研究主要在多晶金属中的晶界塑性原子机制方面取得的较系统的工作，包括发现晶粒转动位错攀移机制、晶界滑移机制、晶界位错攀移与阶错(disconnection)反应机制、晶界位错锁形核与解锁机制、晶界迁移与扩散机制、晶界发射偏位错形核孪晶机制、孪晶界位错塞积与位错交滑移机制等。上述实验系统和相关科学仪器研发上取得的进展为原子尺度动态观测材料弹塑性力学行为和界面弹塑性机制的研究提供了方法学基础。晶界塑性原子机制的科学发现有助于发展先进结构材料体系。     

磁性材料、超导材料和器件

O482006030129体心立方晶体用于实现原子级存储的可行性/樊康旗,贾建援,朱应敏(西安电子科技大学机电工程学院)//微纳电子技术.―2005,42(5).―214～219.采用Morse型势函数对体心立方(BCC)晶体表面层及近表面层原子的行为进行了分子动力学模拟。模拟结果表明:在体心(次表层)原子操纵前后,BCC晶体的顶角原子位置只有微小变化,其晶格结构基本保持不变且处于稳定平衡状态,即BCC晶体具有两态稳定性,该特性为实现原子级的数据存储提供了可行性。同时,对数据存储时可能出现的多原子双稳态组合问题进行了分子动力学模拟,发现在多原子双稳态组…     

选区激光熔化体心立方多孔结构的各向异性

使用选区激光熔化(SLM)技术制备了Ti6Al4V钛合金体心立方多孔结构,分别研究了线能量密度和微杆直径对体心立方多孔结构成形方向(Z向)和非成形方向(X/Y向)压缩性能的影响。结果表明,采用SLM技术成形的体心立方多孔结构存在明显的各向异性。随着线能量密度的下降,体心立方多孔结构的抗压强度先增大后减小,其各向异性程度在最优参数下达到最低。随着微杆直径的减小,体心立方多孔结构的各向异性程度逐步降低;当微杆直径降至0.4mm时,各向异性程度仅为3%左右。研究表明,即使是各向同性的多孔结构,采用SLM技术成形后,也会表现出明显的各向异性;这种各向异性与成形质量和层间界面有关,通过调整工艺参数及修改模型特征尺寸可以在一定程度上减弱这种各向异性。     

激光粉末床成形316L不锈钢多孔结构力学性能研究

以激光粉末床熔融(LPBF)技术成形的316L不锈钢体心立方型(BCC)多孔结构为研究对象,利用有限元分析法对不同长径比杆件的体心立方型多孔结构进行了准静态压缩过程模拟,分析了其微观力学响应和应力-应变特性。制备了体心立方型316L不锈钢多孔结构样件,对样件进行了准静态压缩试验,分析了具有不同几何参数的多孔结构的应力-应变特性和变形失效机制,并对比分析了仿真和力学试验的结果。研究结果表明：当成形样件杆件的直径从0.4 mm增加到1.2 mm时,杆件直径的相对误差从15.00%下降到6.08%,直径越大,相对误差越小,等效弹性模量从59.87 MPa增加到3356.21 MPa,压缩屈服强度从1.02 MPa增加到33.88 MPa;有限元分析法与力学试验得到的等效弹性模量和压缩屈服强度的平均相对误差分别为9.11%和7.86%。     

激光温喷丸诱发单晶铜位错扩展的分子动力学模拟

为了研究面心立方金属在热力耦合作用下的微观组织,采用分子动力学方法对激光温喷丸在单晶铜内诱导的位错扩展进行了模拟,并使用中心对称参数研究了变形量对位错扩展的影响规律,以及温度对塑性变形诱导位错扩展的作用,进而从加工硬化的角度分析了其对激光温喷丸强化效果的影响。结果表明,激光温喷丸过程中,塑性变形以"空位簇-不全位错-堆垛层错"的方式诱导产生不全位错与堆垛层错。随塑性变形增加,激光温喷丸的硬化效果逐渐增加。并且,温度可以促进塑性变形过程中位错的形核与扩展,200℃以内,激光温喷丸的硬化效果随温度的增加而增强,温度增至250℃时,硬化效果由于位错湮灭而减弱。     

孪晶界移动的动态过程

通过原位拉伸高分辨透射电镜观察,研究纳米孪晶铜中孪晶界的动态形变过程.实验发现,与以往分子动力学模拟计算预测的结果不同,Shockley不全位错主要从孪晶界与晶界的交叉点处发射,沿着孪晶界面运动,导致孪晶界移动.并对孪晶界移动作为纳米孪晶铜在塑性变形初期的一种主要形变方式进行了讨论.     

选区激光熔化成型316L不锈钢多孔结构的力学性能

为了减轻或消除人工植入体的“应力屏蔽”效应,提高生物相容性,需要对选区激光熔化（SLM）技术成型多孔结构进行力学性能研究。通过制备316L不锈钢体心立方(BCC)、正十二面体（RD)两种多孔结构,分别进行成型件纵向压缩试验,建立了Gibson-Ashby模型,预测了多孔结构弹性模量值。采用分形插值法,分析了孔隙率、平均孔径、比表面积对多孔结构弹性模量和抗压强度的影响程度。分析试验表明,316L不锈钢多孔结构样件在孔隙率为55.13%～94.74%,平均孔径为1.90～4.22 mm,比表面积0.54～4.33时,其弹性模量为0.375 ～1.716 GPa,抗压强度为43.19~160.31 MPa。对比人骨弹性模量0.9 ～1.7 GPa,满足植入体要求。孔隙率、平均孔径、比表面积对正十二面体多孔结构的弹性模量和抗压强度的幅值变化影响较小,对体心立方多孔结构影响较大。正十二面体多孔结构抗压强度为111.75～160.31 MPa,体心立方多孔结构的抗压强度为43.19～158.03 MPa,正十二面体多孔结构的力学性能比体心立方结构性能更好,为选区激光熔化技术制备316L不锈钢多孔结构的人工植入体研究提供依据。     

20#钢疲劳损伤的非线性超声检测

传统超声无损检测对金属早期疲劳损伤难以预测,针对20#钢材料的疲劳损伤问题,实验制作了五个不同疲劳损伤程度的试件,使用非线性超声检测实验系统测量了20#钢疲劳试件的超声非线性系数。实验结果表明,随着拉伸强度的逐渐增大,非线性系数也逐渐变大,超声非线性系数和位错密度随拉伸强度的变化基本一致,表明超声非线性特性与金属中的位错有关系,超声非线性系数可以用来表征金属材料内部位错的变化情况,从而预测金属材料的疲劳寿命。     

淬火回火钢的形变位错结构与强化

淬火回火钢的流变应力和形变特性直接影响它的加工性能和使用性能。应用位错理论研究金属拉伸形变机制,形变位错结构的变化规律,对改进材料的力学性能可提供理论依据,因而这种研究具有重要的实用意义[1.2]。本文应用电子衍衬分析方法研究淬火高温回火的低碳铬镍钢的拉伸加载形变位错结构。观察了碳化物对位错的钉扎作用,分析了位错的增殖机制,讨论了位错之间、位错与碳化物之间、位错与铁素体晶条界之间的相互作     

304L不锈钢的激光粉末床熔融原位合金化

采用Fe、Cr和Ni单质元素混合粉末作为LPBF原材料，以原位合金化的方式制备304L不锈钢，研究了工艺参数对试样密度、微观组织、成分均匀性、相结构和显微硬度的影响，并将其与预合金粉末LPBF试样进行了对比。结果表明：原位合金化试样的致密度最高可达99.05%；随着激光能量密度增加，试样的成分均匀性逐渐提高，物相结构从面心立方+体心立方（FCC+BCC）转变为FCC；当激光能量密度为242 J/mm3(P=290 W,v=500 mm/s)时，能谱分析结果显示原位合金化试样成分均匀，显微硬度为224 HV，微观形貌与预合金粉末LPBF试样一致；当激光能量密度较低时，原位合金化试样内部的多相结构以及异质形核产生的细晶结构能有效提高其硬度，硬度最高可达302 HV，较预合金LPBF试样提高了26.4%。     

利用StarCCM+模拟K-epsilon湍流模型下的预混燃烧

文章利用StarCCM+软件建立模拟钝体燃烧器的典型实验模型,通过在K-epsilon湍流模型中模拟预混燃烧,比较了不同模型对模拟结果的影响.为了验证模拟的可靠性,文章将软件的仿真结果与其他研究团队真实测量的实验数据进行比对,进而优化建立的仿真模型.     

〔110〕取向Nb单晶循环变形后的位错亚结构

本文对bcc金属[110]取向的Nb单晶进行了恒应变循环变形,测定了循环硬化曲线,并对其相应的位错亚结构进行了研究。硬化曲线(图1)分成快速硬化和饱和硬化两个阶段,位错组态出现一定方向的位错束(图2)。对曲线上经过不同周次循环变形后的试样进行了透射电镜观察,发展在(111)面上的位错束分别垂直于[101]、[110]和[011]方向,而(011)面上的位错束则分别垂直于[211]、[011]和[211]。这些方向恰好是体心立方Nb晶体的滑移面({110}面,{112}面)和膜面的交线。因此可以认为这些位错束的形成是由于形变集中在滑移带内,滑移带内的一些原子面上位错高度集中,成为很高的弹性应变区,当这些原子面处于衍射位置时,就会在萤光屏上显示出暗黑色的衬度。     

磁性材料、超导材料和器件

O481.12005060028用紧束缚理论研究压力对固体能带结构的影响/李德俊,叶伏秋,赵鹤平,周秀文,唐翌(吉首大学物理与电子工程系)//发光学报.―2005,26(2).―153～158.应用紧束缚理论,计算了体心立方结构1s能带和2s能带,讨论了外界压力对能带结构的影响。研究结果表明,压力使固体的晶格常数发生变化,导致体心立方晶格的1s和2s能带的宽度以及两带之间的禁带宽度发生变化。利用所得结果,具体计算了外界压力对锂金属能带结构的影响,在晶格常数附近,随着压力的增大,锂金属的1s和2s能带将变宽,两带之间禁带宽度将变小,理论计算结果与实验观察结果在…