生长速率对定向凝固Zn-Al-Bi共晶合金显微组织、力学性能和电学性能的影响（英文）

采用Bridgman型定向凝固炉在一定温度梯度和不同生长速率下制备Zn-5%Al-0.2%Bi(质量分数)合金。测量了定向凝固Zn-Al-Bi合金的枝晶间距、显微硬度、抗拉强度和电阻率。采用线性回归分析研究生长速率对合金枝晶间距、显微硬度、抗拉强度和电阻率的影响。在低生长速率下(小于450.0μm/s),所得结果与在相似生长速率下定向凝固的Zn-Al合金的结果吻合,但与Jackson-Hunt共晶理论和高生长速率下的实验结果不同。Zn-Al-Bi共晶合金的临界生长速率为450μm/s。从热流-温度曲线中可以得到,Zn-Al-Bi合金的熔化焓、固液相比热差以及熔化温度分别为112.55 J/g、0.291 J/(g·K)和660.20 K。     

细晶Bi2Te3块体材料的制备及其热电性能

采用惰性气体保护蒸发-冷凝(IGC)法制备了纳米Bi及Te粉末,结合机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)工艺,在不同烧结温度(663～723K)下制备出了n型Bi2Te3细晶块体材料。利用X射线衍射分析(XRD)确定机械合金化粉末和SPS烧结块体的物相组成,借助TEM观察了粉体的粒度及形貌,SEM观察了块体试样断口显微组织结构。在323～473K温度范围内测试了烧结块体的电热输运特性。实验结果表明:纳米粉末合成的细晶Bi2Te3与粗晶材料相比,电输运性能变化不大,热导率大幅度降低,在423K时,热导率由粗晶材料的1.93W/m·K降至1.29W/m·K,并且在693K烧结的细晶块体的无量纲热电优值(ZT)在423K时取得最高ZT值达到0.68。     

SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料的组织与性能研究

通过真空熔炼、球磨制粉、冷压成形和常压烧结制备具有高热电优值的p型SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料。研究了Sn含量对SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能的影响。结果表明：SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构;添加合金元素Sn,Bi0.5Sb1.5Te3基热电材料产生大量的纳米结构缺陷。合金元素Sn含量增加, SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料载流子浓度和DOS有效质量增加,有效地提高电导率和功率因子;同时声子散射增强,显著地降低晶格热导率。在300K时,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的功率因子达3.10 mW?m-1?K-2,晶格热导率为0.358 W?m-1?K-1,ZT值为1.25。并且在300～400 K温度范围内,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的ZT值为1.25～1.33。     

Mg-2.35Gd合金的定向凝固显微组织与室温力学性能（英文）

研究定向凝固条件下凝固参数(生长速率v和温度梯度G)对Mg-2.35Gd合金显微组织及室温力学性能的影响。采用金属液淬技术,在温度梯度G为20、25、30 K/mm,生长速率v为10~200μm/s条件下通过高梯度Bridgman定向凝固炉制备试样。研究表明,实验合金的显微组织均为胞晶组织,胞晶间距λ随温度梯度和生长速率的增大而减小,其非线性拟合关系分别为λ=136.216v~(-0.2440)(G=30 K/mm)、λ=626.5630G~(-0.5625)(v=10μm/s),均与Trivedi模型较吻合。随温度梯度和生长速率的增大,合金室温抗拉强度逐渐提高,伸长率逐渐降低。同时,合金室温抗拉强度高于相同冷却速率条件下自由凝固试样的室温抗拉强度。     

定向凝固下Cu-0.5Cr合金的界面形态和组织演化

采用定向凝固工艺研究了不同速率下Cu-0.5Cr合金的凝固组织演化。结果表明,在温度梯度为200K/cm下,定向凝固速率由2μm/s增加到500μm/s时,凝固组织依次呈现平界面组织→胞状组织→枝晶组织→细胞状组织→板条状组织。试验中凝固速率达到10μm/s后,合金定向凝固组织中存在非平衡凝固的共晶组织,其体积分数随凝固速率的增加逐渐减少。不同凝固速率下初生α-Cu的一次枝晶间距值位于KF模型和Hunt-Lu模型计算结果之间。     

添加Sb的Ga2Te3合金热电性能

本研究采用等摩尔分数的Sb元素替换Ga2Te3中的Ga元素,并利用放电等离子烧结技术制备Ga1.9Sb0.1Te3合金,研究其微观结构和热电性能。结果表明,添加Sb元素后,材料的Seebeck系数为130～240μV/K,明显低于单晶Ga2Te3,电导率为3600～1740??1·m?1,至少是单晶Ga2Te3的17倍,热导率提高近25%。在649K时Ga1.9Sb0.1Te3合金的热电优值(ZT)达到最大值0.1,是同温度下单晶Ga2Te3ZT值的3倍。     

定向凝固Al-40%Cu共晶合金的组织特性

利用垂直Bridgman法结合液态金属冷却法在恒定的液相温度梯度(GL=250 K/cm),凝固速率由2μm/s到490μm/s之间对Al-40%Cu合金进行定向凝固实验。结果表明:Al-40%Cu合金在低速下组织为全耦合的片层共晶结构,但当速率增加时,合金组织中出现一定量的初生Al2Cu相,凝固速率对合金共晶片层间距的影响通过实验结果分析。在实验的定向凝固速率范围内,发现平界面和胞状界面生长的两种共晶界面形态,并且不管是在哪种共晶界面形态下,共晶层片间距和凝固速率的关系都符合函数关系:λ2ν=常数,利用JH模型计算得到常数C的值为12.85μm3/s。     

高温度梯度定向凝固单相Mg2Sn合金的制备及其热电性能

高温度梯度(180K/cm)定向凝固方法可制备单相Mg_2Sn晶体,通过凝固理论对平-胞转换临界速率进行了计算,并预测了单相Mg_2Sn晶体的生长距离,与试验结果相吻合。此方法获得的Mg_2Sn晶体由于去除了第二相Sn的影响,可以获得更好的热电性能,在测试温度区间300～700K内,未掺杂条件下最大Seebeck系数和电导率值分别可达-261μV·K~(-1)和525?-1·m~(-1),通过Bi掺杂来对电导率进行优化后,功率因子最高可达2.29 mW·(m·K~2)~(-1)。单相Mg_2Sn晶体的热导率也得到大幅降低,500 K时,最小值为4.3 W·(m·K)~(-1),Bi掺杂量为1.5%(原子分数)时,热电优值ZT最高可达到0.21。这一方法可以为制备高性能的Mg_2B~(IV)体系三元固溶体合金提供参考。     

Nd-Fe-B包晶合金高梯度定向凝固试验研究

在定向凝固试验中,采用全熔和区熔两种加热方式分别获得了180 K/cm和250～360 k/cm的温度梯度,在5～500μm/s的抽拉速率范围内对过包晶Nd13.5Fe79.75 B6.75合金进行了定向凝固试验,考察了温度梯度和抽拉速率对此合金凝固组织及相含量的影响.结果表明,合金的凝固组织包含初生a-Fe枝晶、包晶Nd2Fe14B相及少量的富Nd相.随着抽拉速率的增加,包晶相含量先增加后减少;而在同一抽拉速率下,提高温度梯度可增加铁磁性Nd2Fe14B相的含量.当抽拉速率为50 μm/s时,区熔试样中(G=300 K/cm)Nd2Fe14B相的含量可达约90%,而相同速率下全熔试样(G=180 K/cm)中其含量约为60%.     

微波辅助湿化学法制备纳米Bi2Te3／Bi2Se3

热电材料又称温差电材料，是一种将热能和电能直接转换的功能材料，它在热电发电和制冷、恒温控制与温度测量等领域有着极为重要的应用前景。将纳米技术应用于热电材料，可以大大地提高其热电性能。本文通过改进传统湿化学方法来制备具有纳米结构的Bi2Te3／Bi2Se3热电粉末材料。微波因其独特的热效应和非热效应早就在无机合成领域起着非常重要的作用。溶液体系在微波中反应十分迅速，能大大缩短许多反应的反应时间，提高反应效率：微波加热十分均匀，能够消除温度梯度的影响，同时有可能使沉淀相在瞬间内萌发形核，获得均匀尺寸的超细粉体。所以利用微波辅助湿化学的方法制备纳米Bi2Te3/Bi2Se3系热电粉末材料就成为一个十分吸引人的方向。本文通过对家用微波炉的改造，采用湿化学的方法，基于实验，力求探寻出制备纳米Bi2Te3／Bi2Se3系热电粉末材料的实施方法。     

Pb-Bi-Sn准包晶合金定向凝固微观组织演化

采用液态金属冷却定向凝固结合液淬法,在温度梯度为18 K/mm、凝固速度为0.5～100 μm/s的条件下系统研究了Pb-30％Bi- 18％Sn准包晶合金的微观组织演化及溶质分布规律.主要从凝固路径、相组成、溶质分布及微观组织特征等几个方面来研究Pb-Bi-Sn准包晶合金定向凝固过程的组织演化.其中,准包晶合金的凝固路径通过DSC差热分析的方法进行研究,发现其凝固路径为:L→L+α-Pb→L+α-Pb+β-Pb7Bi3→L+α-Pb+β-Pb7Bi3+Sn→ (β-Pb7Bi3+Sn)共晶.结合XRD,分析定向凝固试样的相结构,结果表明:试样由具有面心立方结构的α-Pb相、密排六方结构的β-Pb7Bi3相和体心正方结构的(Sn)相构成.在Pb-Bi-Sn合金定向凝固过程中,当凝固速度为0.5～2 μm/s时,初生α-Pb相以胞状界面生长,而当凝固速度增大至5μm/s及以上时,初生α-Pb相将由胞状转变为枝晶状界面生长.利用能谱分析仪对定向凝固试样进行溶质分布测试,发现局部出现溶质偏析,导致共晶组织(β-Pb7Bi3+Sn)出现.     

Physical and mechanical properties of Al-Si-Ni eutectic alloy

Al-11.1wt%Si-4.2wt%Ni alloy was directionally solidified upward under different conditions, with different growth rates (V=4.60?C243.33 ??m/s) at a constant temperature gradient (G=5.82 K/mm) and with different temperature gradients (G=2.11?C5.82 K/mm) at a constant growth rate (V=11.63 ??m/s) by using a Bridgman type directional solidification furnace. The microstructure of directionally solidified Al-11.1wt%Si?C4.2wt%Ni alloy was observed to be irregular plates of Al₃Ni and Si within an ??-Al matrix from quenched samples. The microhardness, tensile strength and electrical resistivity of the alloy were measured from directionally solidified samples. The dependency of the microhardness, tensile strength and electrical resistivity for directionally solidified Al-Si-Ni eutectic alloy on the solidification parameters were investigated and the relationships between them were experimentally obtained by using regression analysis. Additionally, the variation of electrical resistivity with temperature in the range of 300?C825 K for the Al-Si-Ni eutectic cast alloy was also measured using a standard d.c. four-point probe technique. The enthalpy of fusion and specific heat for the same alloy were determined by a differential scanning calorimeter from the heating curve during the transformation from eutectic solid to eutectic liquid. The results obtained in the present work were compared with previous similar experimental results.     

SPS法制备的三元合金Ag0.405Sb0.532Te的热电性能

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了三元合金Ag0.405Sb0.532Te,并研究了它的输运性能,即Seebeck系数、电导率和热导率。结果表明,当温度从316K上升到548K时,电导率从7.6×104S·m-1下降到6.6×104S·m-1。在438K以上,热导率随温度上升逐渐增加,低于438K时,热导率趋于稳定,约为0.86W·(K·m)-1。无量纲热电优值ZT在548K时取得最大值0.65,稍高于Ag0.365Sb0.558Te三元合金的0.61。与掺Ag的AgxBi0.5Sb1.5-xTe3(x=0～0.4)合金相比,热电性能得到了改善。并再次讨论了AgxBi0.5Sb1.5-xTe3合金中析出的第二相Ag-Sb-Te三元合金的作用机制。     

Directional solidification of Ti-45AI-8Nb-（W,B,Y） alloy

Using a Bridgman vertical vacuum furnace, Ti-45Al-8Nb-(W,B,Y) (at.%) bars, which were prepared from a plasma arc melting (PAM) ingot, were directionally solidified at growth rates of 10, 15, and 20 μm/s. Polysynthetic twinned (PST) crystal with an aligned lamellar microstructure was obtained at the growth rate of 15 μm/s because of high Nb addition. The principle of PST crystal growth and the effect of Nb element were discussed. The results of investigations on microstructure and micromechanical properties of the directionally solidified (DS) bars of Ti-45Al-8Nb-(W,B,Y) alloy are briefly summarized.     

定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金的组织与室温条件断裂韧性

采用真空自耗电弧熔炼法制备了Nb-Ti-Si基超高温合金的母合金锭,在2050℃的熔体温度下实现了合金的有坩埚整体定向凝固.测定了电弧熔炼态与定向凝固试样的室温条件断裂韧性,采用SEM,EDS等方法分析了凝固速率V分别为10,20和50 μm/s的整体定向凝固组织、单边切口梁弯曲试样的断口形貌及裂纹扩展路径,并讨论了其断裂机理.结果表明:合金的整体定向凝固组织主要由沿着试棒轴向挺直排列的横截面为多边形的初生(Nb,X)5Si3 (X代表Ti,Hf和Cr元素)棒与耦合生长的层片状Nbss/(Nb,X)5Si3共晶团(Nbss表示铌基固溶体)组成.整体定向凝固显著提高合金的室温条件断裂韧性KQ,且V=50μm/s时的最高,达16.1 MPa·m1/2,较电弧熔炼态试样的KQ提高了50.5％.定向凝固试样中Nbss与(Nb,X)5Si3沿垂直于受力方向的定向排列以及粗糙的Nbss产生的裂纹桥接和偏转,增大了裂纹扩展阻力,从而提高了合金的室温条件断裂韧性.     

Ga、K双掺杂P型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3材料的制备及热电性能

采用真空熔炼和热压方法制备了Ga和K双掺杂Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。XRD结果表明,Ga0.02Bi0.5Sb1.48-x Kx Te3块体材料的XRD图谱与Bi0.5Sb1.5Te3的XRD图谱对应一致,但双掺杂样品的衍射峰略微向左偏移。热压块体材料中存在明显的(00l)晶面择优取向。SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。Ga和K双掺杂可使Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数有一定的提高,而双掺杂样品的电导率均得到了不同程度的提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品的电导率得到较明显的改善。在300~500 K测量温度范围内,所有双掺杂样品的热导率高于Bi0.5Sb1.5Te3的热导率,在300 K附近双掺杂样品的ZT值得到提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品在300 K时ZT值达到1.5。     

熔体热稳定处理对定向凝固Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金组织和性能的影响(英文)

通过改变定向凝固前的保温时间,研究热稳定处理对定向凝固Ti-46Al-0.5W-0.5Si(摩尔分数,%)合金组织和性能的影响。在稳定的温度梯度下(G=20K/mm),定向凝固启动前试样分别保温5、15、30、45和60min,然后试样以恒定的速度(v=30μm/s)进行定向凝固实验。测量定向凝固组织的一次枝晶间距(λ1)、二次枝晶间距(λ2)、层片间距(λL)和显微硬度(HV),并分析这些参数与热稳定处理时间(t)的关系。λ1、λ2和λL的值随着t的延长而增大,而HV则随着t的延长而减小。在定向凝固启动前,延长热稳定时间有助于获得良好的定向凝固组织,然而,过长的保温时间则会降低合金的力学性能。因此,需要优化定向凝固前的热稳定处理时间。根据实验结果,在当前实验条件下,定向凝固前热稳定处理时间选择30min,既能够获得良好的定向凝固组织,又能保持合金较高的力学性能。     

无机有机复合材料Bi2Te3／PAn电化学嵌锂性能研究

采用机械共混法制备了复合材料Bi2Te3/PAn,并对其电化学嵌锂性能进行了研究.研究发现Bi2Te3/PAn快速充放电性能良好,在以100 mA·g-1的电流密度充放电时首次可逆容量为480 mAh·g-1,到第20个循环时容量保持在200mAh·g-1.通过非原位X射线衍射方法研究其嵌锂机理,发现Bi2Te3在首次放电时分解,在随后的循环中以Te和Bi为嵌锂中心进行可逆储锂.