梯度结构特征对梯度纳米晶Cu力学行为影响的有限元模拟

采用晶体塑性有限元方法,对具有不同晶粒尺寸梯度结构特征的梯度纳米晶Cu的力学行为、应变场和应力场进行了计算分析。结果表明,当晶粒尺寸分布的梯度率n=1时,即晶粒尺寸分布梯度满足线性关系,平衡了强度和塑性两个关键的力学性能指标,梯度纳米晶Cu具有最优的强塑性匹配。梯度纳米晶Cu在变形过程中,粗晶承担了较大的应变,而细晶粒承载了更大的应力。此外,当梯度率n=1时,梯度纳米晶Cu在塑性变形中具有最大的应变和应力梯度,而且体系达到稳定的应变和应力梯度较晚。模拟结果与理论分析和实验结果一致。     

纳米晶体材料的研究现状

本文综述国内外在纳米晶体材料研究领域的最新研究进展，包括纳米晶体材料的制备、微观结构特征、热稳定性、结构性能关系及纳米晶体材料的应用。     

梯度纳米结构材料

本文简要综述了近年来国内外关于梯度纳米结构材料的研究进展,包括梯度纳米结构的分类,梯度纳米结构材料的主要性能特点及制备加工技术.对梯度纳米结构材料面临的一些基础科学问题和工业应用探索进行了讨论和展望.     

纳米金属材料的界面力学行为研究

将常规多晶材料的粗晶粒尺寸缩小到纳米尺度时,这些纳米晶体材料会呈现出与其对应的粗晶材料迥异的物理现象.与材料力学行为最相关的是强度及塑形变形机理这两个方面.考虑到晶界的变形与破坏可能是纳米晶体材料低塑性的根源,克服纳米晶体材料中强度与韧性之间存在的"熊掌和鱼不可兼得"的问题,也通常称为晶界工程.在众多的晶界中,孪晶界面被发现可同时保持材料的强度和韧性.本文主要就纳米金属材料中界面的力学行为做一个简要综述,包含晶界的强化力学机理以及新型孪晶界面的力学行为与揭示内在尺度效应的模型研究.     

纳米晶体材料变形机制研究的最新进展

概述了纳米晶体材料结构研究的最新进展,着重讨论了纳米晶体材料的变形机制和分子模拟研究.最后给出了简要总结.     

纳米晶体材料热稳定性的研究进展

纳米晶体材料独特的结构特征使其具有不同于传统多晶材料的优异性能,如何提高纳米晶体材料的热稳定性,避免其过度粗化,是近年来材料领域研究的热点课题。本文综述了国内外对纳米晶体材料热稳定性的研究进展,简要介绍了纳米晶体材料的微观结构特点,着重分析了溶质原子、第二相颗粒和微观应力等因素对纳米晶体材料晶粒长大的影响规律,介绍了纳米晶体材料的热力学和动力学稳定机制。     

含铬碳钢梯度材料扩散行为的研究

采用水溶液电沉积法在碳钢表面电镀铬并在高温下进行扩散退火处理,计算了铬在碳钢中的扩散系数,研究了铬在碳钢中的扩散行为。结果表明,铬在碳钢中的扩散系数范围为0.86×10~(-17)～8.34×10~(-17)m~2/s,扩散系数随退火温度升高而升高,碳钢中铬含量高的位置的扩散系统数降低。铬在碳钢中扩散激活能与铬含量无关,本实验条件下扩散激活能范围在73～89 kJ/mol之间。     

基于真实微观组织的双相钢力学行为多尺度模拟

以两种不同化学成分和马氏体含量的双相钢为研究对象,对其显微组织进行了有限元建模。选取一部分显微组织作为代表性单元RVE来反映宏观材料特性,考虑合金成分和铁素体晶粒尺寸的影响,采用基于位错强化理论的Bailey-Hirsch模型描述铁素体和马氏体单相的流变行为,在ABAQUS中模拟了RVE的单向拉伸过程。结果表明,多尺度模型可以较好的预测宏观力学性能,并能合理的反映双相钢变形过程微观尺度的应力应变行为。     

介观尺度铜膜力学行为尺度效应研究进展

以作者课题组近期的研究结果为基础，以集成电路中互连线用金属Cu薄膜为模型材料，分别介绍了金属薄膜延性和疲劳寿命评价方法及相关测试结果的最新进展，讨论了介观尺度Cu薄膜力学性能的尺度效应，分析了薄膜材料中准静态力学性能对动态性能的影响，并简述了多场耦合对薄膜力学性能及变形行为的影响。     

金属纳米丝力学行为研究进展

纳米尺度下结构力学行为因为表面效应和尺寸效应而与宏观尺度下结构力学行为有着本质的不同，分子动力学方法因其能通过原子运动理解结构变形细节而在纳米结构力学行为模型中得到广泛应用，本文综述了近期在纳米丝结构力学研究方面的进展，包括自由弛豫态，应力应变关系，表面效应和尺寸效应，应变率效应等。     

基于晶体塑性的难变形材料不均匀变形多尺度建模研究进展

分析并综述了不均匀变形预测中的晶体塑性模型与求解算法,论述了考虑多相材料非均质特征与晶界异质性的晶体塑性建模难点与方法;分析并综述了用于微观组织形态演化预测的元胞自动机建模方法,并论述了考虑不均匀变形与组织形态演化交互作用机制的晶体塑性与元胞自动机耦合建模的关键难点及其解决方法。进一步论述了基于宏观有限元、细观晶体塑性有限元与微观元胞自动机的多尺度全耦合建模方法及其在钛合金复杂隔框构件等温局部加载成形多尺度耦合响应规律预测中的成功应用。最后分析了多尺度建模仍存在的问题,并展望了多尺度建模的发展趋势。     

利用纳米压痕法研究单晶锗的力学行为

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对单晶锗(100)晶面进行纳米压痕试验。通过载荷-压深曲线和弹性回复率的变化情况对材料的变形机理以及硬度和弹性模量进行研究。结果表明:单晶锗(100)晶面在不同的压入深度下分别经历了弹性变形、塑性变形和脆性断裂;载荷-压深曲线中出现明显的突进和突退现象,该现象与材料的内部结构发生相变密切相关;单晶锗(100)晶面存在明显的压痕尺寸效应。该材料弹性模量的变化趋势与硬度相一致。     

纳米结构多主元合金的力学行为及强塑化机制

超强高塑性合金在基础设施、航空航天、国防军工等领域中有广泛的应用需求,然而,金属的塑性通常随着强度的增加而降低,即：强度-塑性相互掣肘。本文从纳米结构多主元合金的强塑化研究存在的挑战出发,综述了剧烈塑性变形、物理气相沉积、机械合金化等纳米结构制备方法对多主元合金力学性能的影响。阐述了相关合金的跨尺度变形机制及塑性变形起源,并对未来纳米结构多主元合金的研发及机制分析进行了展望。     

游离磨料线切割硅晶体中的磨粒力学行为研究综述

游离磨料线切割具有切割效率高、切口材料损耗小、表面损伤程度浅、厚度小、切割噪声小等优点而广泛应用于半导体和光伏产业.本文阐述了游离磨料线切割的原理,对游离磨料线切割过程中磨粒力学行为的理论模型研究进行了综述,主要包括磨粒压入力学模型、流体动压滚动力学模型、切削变形力学模型.此外,还从多磨粒的压入效应、切割液的运动方式上...     

高密度金属纳米晶体材料试制及其动力学特性研究

所谓的纳米晶体材料，是晶粒平均粒径在几十nm以下的超微细多晶体材料。渴望从晶粒的超微细化及晶界上的原子比例的显著增加，发现特异性能。此外，报道了通过超微粒子的压缩固化等，在不加热条件下形成的晶界层，有可能极低的密度，显示与非晶材料不同的性能。由于一般晶界的性质主要受孔穴和杂质等二次缺陷控制，所以要评价其本来的性质，     

核电站关键材料在微纳米尺度上的环境损伤行为研究——进展与趋势

分析了核电站用关键金属材料的损伤行为的研究现状,叙述了近期的主要进展:腐蚀电化学动力学、晶界上的优先氧化及由此导致的晶界强度降低、材料内部特殊晶界改善耐腐蚀性能、尖锐的应力腐蚀裂纹形状、纳米尺度原子团簇的形成及其对性能的影响等.在此基础上指出,在高温高压水中工作的核电站关键材料的环境损伤的研究趋势和主要问题包括:材料在...     

原位析出纳米氟化钙晶体的搪瓷涂层自润滑行为研究

目的 调控析出氟化钙晶体,赋予搪瓷涂层常温自润滑性能。方法 采用球磨和熔融2种方式向作为空白对照组的搪瓷配方中加入质量分数为3.5%的CaF2,制备出3种喷涂于304不锈钢上的搪瓷涂层。通过摩擦磨损实验、软化点测定和维氏硬度测定实验,分别评价搪瓷涂层的摩擦磨损性能、热性能和力学性能,并通过扫描电镜分析搪瓷的晶化情况和磨痕形貌,用电子探针显微分析仪分析磨痕表面的元素分布,探讨润滑机理。结果 采用球磨法加入CaF2制备的搪瓷基复合涂层中,CaF2颗粒的粒径较大且分布不均;在熔炼搪瓷时即加入CaF2颗粒,该氟化物可参与到搪瓷网络结构中,并在搪瓷涂层烧制时原位析出平均粒径为132 nm、大小均匀且弥散分布的纳米级CaF2晶体。结果显示,熔融添加质量分数为3.5%的CaF2,使得搪瓷涂层的摩擦因数由0.57降至0.37,磨损率也降低了2个数量级,而球磨添加质量分数为3.5%CaF2的搪瓷涂层的摩擦因数稍有降低,但磨损率基本无变化。熔融添加氟化物的搪瓷涂层,原位析出了纳米级CaF2晶体,诱使摩擦表面形成了润滑层。结论 CaF2的加入可在一定程度上提高搪瓷涂层在常温条件下的耐磨性和润滑性,当CaF2为原位析出的纳米级晶体时具备优异的减摩润滑效果。     

多尺度有序多孔材料制备研究取得新进展

最近，中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室与中科院力学研究所研究员王育人、物理研究所研究员合作，研发出一种快速红外辅助协同自组装方法制备多尺度有序多孔膜。该成果已申请两项国家发明专利，具有100％的自主知识产权。     

焊点高度对微尺度焊点力学行为的影响

采用精密动态力学分析仪研究了直径恒定为400μm、高度为125~325μm的无铅Sn-3.0Ag-0.5Cu"铜引线/钎料/铜引线"三明治结构微尺度焊点在100℃和25℃温度下的准静态拉伸与剪切力学行为以及断裂失效机制.结果表明,所有微尺度焊点的拉伸和抗剪强度均随焊点高度的增大而减小;在相同的试验条件下,相同尺寸微尺度焊点的抗剪强度低于抗拉强度,同时剪切断裂应变小于拉伸断裂应变,表明电子封装互连微尺度焊点在剪切应力下的服役环境更为严峻.但是,在相同的加载速率下,相同尺寸微尺度焊点的拉伸强度与断裂应变均随温度的升高而减小.