聚合物改性砂浆界面粘接特性的研究

根据聚合物改性砂浆不同的界面破坏形式,提出了表征界面粘接特性的内聚强度和界面结合强度概念,并通过二者的总体宏现效应-粘接强度试验探讨了乙烯-醋酸乙酸共聚物、双级配填料和水泥对砂浆内聚强度和界面结合强度的影响.试验表明,在本试验务件下乙烯-醋酸乙酸共聚物的最佳掺量范围为1.5%～3.5%.当聚合物掺量低于3.5%时,随着聚合物掺量的增加,聚合物改性砂浆的粘接强度增大,破坏形式为内聚破坏;当聚合物掺量高于3.5%时,聚合物改性砂浆界面的结合强度降低,导致粘接强度降低,破坏形式为界面破坏.具有合适配比的双级配填料可增强砂浆粘接强度,但大粒径填料的增加会降低砂浆与基材界面的结合强度,导致砂浆的粘接强度降低,在本试验条件下填料A/填料B的比例取1:2为宜.聚合物改性砂浆的粘接强度随水泥掺量的增加而增大,并在掺量为30%时出现拐点,故在本试验条件下水泥掺量取30%较佳.     

固体粘接界面的非线性共振特性研究

研究考虑粘接界面非线性的条件下,双层固体粘接薄板的振动特性。将双层板间的振动耦合看作一组非线性弹簧,理论上运用分离变量等数学方法,求解得到粘接层的应力应变关系为线性条件下的解析解,以及考虑非线性参量时系统共振的数值解。通过对双层铝板的环氧树脂粘接模型进行仿真研究分析,发现界面的共振频率随着界面粘接强度非线性参量的增加呈现先增大后减小的趋势,当界面强度弹性参量为300GN/m3时,共振频率的最大偏移量达到10%。在粘接强度退化早期,利用界面的非线性共振特性可以更好地检测粘接质量。     

液浸多层薄膜-基底结构中Scholte界面波特性研究

多层薄膜-基底结构在工业领域有广泛应用，其中薄膜的厚度与弹性参数等特性对结构与器件性能有显著影响。但对多层薄膜材料参数进行无损定征较为困难。考虑界面波对界面附近材料特性敏感的特点，以及分层薄膜导致液固界面Scholte波频散与分层材料速度分布密切相关等因素，文章首先利用全局矩阵理论分析了分层结构中的声传播，并给出界面上脉冲激励的声压表达式，据此对水浸双层薄膜-基底三层结构材料声速呈正梯度、负梯度、随机分布三种结构中液固界面Scholte波的频散曲线进行数值计算。进一步详细计算了法向脉冲线源激发的界面波瞬态信号随薄膜厚度的变化。结果显示，三种结构中两层薄膜厚度均对液-固界面波频散特性有显著影响，同时不同膜厚对不同频段的Scholte波的“捕获”作用(频率选择性)十分明显。该结果为进一步利用Scholte波频散特性进行多层薄膜厚度定征提供了理论依据。     

流-固多层结构中软层介质参数反演研究

建立了固体层内含软层介质的多层流-固界面模型。使用传递矩阵法,导出固体层内含软层介质的流-固界面波的频散方程。根据频散方程计算频散曲线,改变软层介质的深度、厚度及横波波速,观察频散曲线的变化。使用有限元软件建立仿真模型,引入遗传反向传播(Back Propagation, BP)神经网络,对模型参数进行了反演。反演结果表明,使用遗传BP神经网络,能有效地反演出软层介质的深度、厚度与横波波速参数。     

炭材料的性质与炭-炭粘接性能关系的研究

为实现高温条件下炭材料的有效连接，利用陶瓷组元改性酚醛树脂制备了树脂基高温粘接剂，用该粘接剂粘接了4种不同孔隙结构的炭材料，并进行400～1200℃的高温热处理，利用万能材料试验机考察了上述粘接剂的高温粘接性能，通过压汞仪分析了4种炭材料的孔隙结构及其与粘接性能间的相互关系，结果表明：粘接样品在高温热处理后仍具有较为理想的连接强度；炭材料表面的孔隙率和孔径分布对粘接强度有一定的影响；合适的孔隙率和孔径分布是实现高性能连接的必要条件。     

新型复合材料界面粘接缺陷的CT检测及表征

新型陶瓷基复合材料作为一种热防护材料,与基体的粘接层界面容易出现孔洞、夹杂和裂纹等缺陷,严重影响材料的安全使用性能。针对复合材料粘接界面缺陷问题,开展基于工业CT的粘接缺陷检测及量化表征方法研究。对于CT图像,提出一种数学形态学和FCM阈值分割相结合的方法,用于提取粘接缺陷的边缘,建立相应的量化指标,并进行表征。实验分析表明,通过与标准缺陷面积的复合材料比较,对被测不规则界面粘接缺陷面积的预测误差在±6%以内。应用工业CT成像方法并结合该文提出的分割算法,能有效、准确地分割和量化粘接层缺陷,满足复合材料构件界面粘接层缺陷准确检测及表征的要求,可为新型陶瓷基复合材料粘接结构构件的可靠性评估提供技术依据。     

含泥沙的流固层状介质界面波传播特性研究

在弹性波传播理论的基础上,结合边界条件,导出了流固层状介质导波特征方程,计算特征方程的频散曲线;然后结合Urick、Urick-Ament和Harker-Temple这三种悬浊液模型,计算流体层中的泥沙含量和颗粒粒径与界面波波速的关系;分析比较不同模型下泥沙含量及颗粒粒径与波速的关系图,讨论不同参数对波速的影响,得出了三种模型下波速随泥沙含量和颗粒粒径的变化趋势,最后发现Urick-Ament模型同时适用于检测悬浊液的泥沙含量和泥沙颗粒粒径,且在三种模型中有相对较好的可靠性和实用性。     

非理想界面正交各向异性层/压电半空间结构中Love波的传播特性

研究了正交各向异性层与压电半空间非理想连接时Love波的传播特性。其中,界面条件由剪切滞后模型表征,正交各向异性层表面机械自由。首先,对压电材料和正交各向异性材料的波动方程进行求解,然后利用界面条件和边界条件推导了显函形式的频散方程,最后进行了数值计算,分析了界面性态、压电材料性能和正交各向异性程度对频散特性的影响。分析结果表明：Love波的传播速度随着界面约束强度的降低而减小;当不理想程度较高时,正交各向异性程度和压电材料性能对Love波的传播速度影响不大。     

用双悬臂夹层梁试样研究复合材料与 橡胶粘接界面的断裂韧性

用Ⅰ 型加载下的双悬臂夹层粱试样, 借助于线弹性断裂力学和声发射技术研究橡胶/复 合材料的粘接界面的断裂韧性GIC与裂纹扩展阻力R 并探讨加载速率、试验温度及橡胶片厚度对 它们的影响。结果表明, 在本试验范围内, 低速加载或高温将会降低界面的断裂韧性, 增大橡胶片 厚度会使断裂韧性稍有提高。      

接枝石油树脂提高热熔膜与不锈钢的界面粘接力

在海缆、冻土等环境下,通讯光电缆要求使用高耐腐蚀的金属/塑料复合带,但工业上还存在不锈钢/塑料复合带界面难粘接的难题。文中通过熔融接枝法成功制备了C₅及C9石油树脂接枝马来酸酐(C₅-g-MAH,C₉-g-MAH),将其引入乙烯-丙烯酸共聚物/线型低密度聚乙烯(EAA/LLDPE)热熔膜并与不锈钢基板热贴合,当C₅-g-MAH的用量为30 phr时,不锈钢/塑料复合带的剥离强度最优,在泡水测试前后分别达到了28.6 N/cm与15.2 N/cm。接触角测试表明,C₅-gMAH可有效降低EAA/LLDPE热熔膜与不锈钢基板间的表面张力,促进热熔膜在金属表面的贴合。通过差示扫描量热分析、熔体流变行为分析发现,C₅-g-MAH可以与EAA/LLDPE热熔膜有效地相容,同时降低热熔膜的熔融温度、活化分子链段,提高对不锈钢表面浸润性的同时增加粘接位点,使得热熔膜与不锈钢基板的界面粘接力大大提升。     

Investigation of ultrasonic wave scattering by a randomly rough solid-solid interface

An imperfect interface between two dissimilar materials is modeled by a random interface profile. A theoretical study of the interaction of ultrasonic waves with the rough solid-solid interface is presented. The reflection and transmission coefficients for longitudinal and shear coherent waves are calculated as a function of the angle of incidence within the framework of a second order perturbation theory. The effects of the statistical interface parameters, as well as the interface spectral density on the scattered fields, are investigated. These results are used to determine the roughness-induced attenuation of the coherent fields as a function of the above parameters. In addition, the relation between the incoherent part of the scattering cross-section, and interface roughness is examined.     

Ti/Al异种材料真空扩散焊及界面结构研究

采用钛板表面渗铝工艺成功地实现了Ti/Al的扩散连接,通过扫描电镜(SEM)、显微硬度、X射线衍射等,对Ti/Al扩散焊接头区的组织结构进行了分析.试验结果表明:Ti/Al扩散焊接头区由钛侧界面、扩散过渡区、铝侧界面组成;在Ti/Al扩散焊界面附近的过渡区中可能形成Ti3Al、TiAl和TiAl3金属间化合物.控制工艺参数能够减小生成的金属间化合物层的厚度.距扩散焊界面较远铝基体一侧的显微硬度为30～40HM,钛基体和过渡区界面附近没有明显的脆性相.     

浅海沉积层中界面波的传播以及掩埋目标的回波

根据地声界面波的相关理论,采用时域有限差分法建立浅海沉积层中界面波传播模型。以沉积层中掩埋小目标为例,计算界面波对空腔掩埋物和实心掩埋物的不同作用结果。根据运动方程和应力应变关系采用中心差分网格建立声场的有限差分模型,计算了声场瞬态情况和质点振动的时间序列结果,从不同角度比较分析了地声界面波对掩埋目标的作用。根据浅海沉积层的性质计算了界面波的传播损失和对掩埋物体的目标强度,由于界面波传播衰减主要由沉积层的能量耗散引起,其规律接近横波的传播衰减,在高频情况下界面波在沉积层中传播的距离不远。文章试图建立一种对浅海沉积层中掩埋小尺度目标的探测新方法。通过一些典型模型的分析,从理论角度证明地声界面波对目标探测的可行性。     

纯铝薄板在爆炸冲击作用下接合界面特征研究

爆炸具有瞬间高温、高压等极端条件共同作用的特点,可用于材料的加工成形.本文报道了应用X射线衍射仪、透射电镜等手段,对纯铝在爆炸冲击作用下的组织结构和性能变化的结果.研究结果表明,纯铝/铝的爆炸接合界面沿冲击波扩展方向形成正弦接合界面并有熔化现象出现,由于实验所用铝板较薄,爆炸引起的热对材料起到了退火的作用,因而没有检测到明显的残余应力存在.铝板爆炸结合后原始粗晶粒得到了细化,这可能是由于作用于同一粗晶粒的冲击力不均匀,因而使晶粒局部发生了转动,通过小角度晶界协调而造成的.这为材料的纳米化又提供了一种新的途径.     

SiC陶瓷与Zn界面结合特性的第一性原理研究

低温焊接SiC陶瓷是金属/陶瓷连接领域非常重要的研究方向,而与之相关的理论研究相对匮乏,同时,通过实验手段难以描述金属/陶瓷界面原子之间的相互作用。为研究低温Zn基钎料与SiC陶瓷的界面结合方式,采用第一性原理方法,计算了Zn(0001)和SiC(0001)的表面能,6种不同堆垛方式的Zn(0001)/SiC(0001)界面模型的分离功,并分析了其中最稳定两种模型的电荷密度图、电荷密度差分图和Mulliken布局。结果表明:Zn/SiC界面只形成了Zn-Si离子键,Si终端孔穴型界面的Zn-Si键结合强度高于C终端孔穴型。     

板状构件粘结强度的非线性超声导波检测

相较于铆接、螺接、焊接等连接方式,板状粘结构件具有质量轻、应力分布均匀等特点,广泛运用于航空航天、车辆制造等工业领域。板状粘结构件在服役过程中出现的粘结强度退化、弱粘结等会影响其服役可靠性及安全性,因此对粘结强度进行检测十分必要。非线性超声导波对材料微观结构特征变化比较敏感,可用于粘结构件的粘结强度检测。采用非线性超声导波对铝合金-环氧树脂-铝合金板状构件进行检测,通过不同的固化工艺制备粘结结构件模拟不同粘结强度,检测结构件中传播的非线性超声导波,计算超声非线性参量,获得超声非线性参量在不同固化工艺下的变化趋势。通过拉伸实验测得粘结强度,进而构建超声非线性参量与粘结强度的关系。实验结果显示,粘结强度越大,超声导波的非线性参量越小。该研究表明,非线性超声导波可有效检测板状构件的粘结强度,为工业检测板状结构粘结强度提供了有效方法。     

铜线性能及键合参数对键合质量的影响

为了提高铜线性能及其键合质量,采用拉力-剪切力测试仪、扫描电镜等研究了不同力学性能铜线及相应的键合参数对其键合质量的影响,分析了不同伸长率和拉断力、铜线表面缺陷、超声功率和键合压力对铜线键合质量的作用机制.结果表明:伸长率过小和拉断力过大会造成焊点颈部产生微裂纹,从而导致焊点的拉力和球剪切力偏低;表面存在缺陷的铜线其颈部经过反复塑性大变形会造成铜线表面晶粒和污染物脱落而出现短路和球颈部断裂;键合过程中键合压力过大能够引起的焊盘变形,同时较大的接触应力引起铝层溢出;过大的超声功率使键合区域变形严重产生明显的裂纹和引起键合附近区域严重的应力集中,致使器件使用过程中产生微裂纹而降低器件的使用寿命.     

Al-Ni超声楔焊中输入功率与界面键合的特征分析

为了研究超声键合中在超声能量作用下金属间形成键合界面而构成键合力的机理,确定金属间吸收的超声能量与形成的界面质量的关系,在超声楔焊键合试验中,对Al-Ni楔焊通过改变焊接参数而获得完全键合和半键合的界面,并对其界面特征进行扫描电镜测试分析;同时,利用示波器采集超声键合机焊接时的电信号,分析了PZT驱动的输入阻抗和功率特性,并与界面质量对比.研究结果表明:超声键合而形成的Al-Ni界面为中央未键合的椭圆界面;相同参数条件下,一焊输入阻抗和吸收功率大于二焊,一焊的界面质量也高于二焊.     

声表面波滤波器的离散Green函数分析法

日本学者Hashimoto提出栅格有效介电常数和离散Green函数,并结合有限元方法分析了短路金属栅阵中声表面波的传输特性。由此开发了相应的Fortran应用程序。国际上许多从事声表面波器件的研发公司都使用该程序设计他们的产品。以Rayleigh波在128°YX-LiNbO3基片、铝金属栅中传播为例,给出根据Hashimoto程序运算的结果,读取禁带下边缘和禁带上边缘所对应的相对频率的数值,代入COM理论色散关系的数学表达式中,该表达式的图形就是由COM理论色散关系而确定的波数色散曲线,以提取耦合模参数。     

Diffusivity of Al and Fe near the diffusion bonding interface of Fe3Al with low carbon steel

The distribution of elements near the Fe₃Al/Q235 diffusion bonding interface was computed by the diffusion equation as well as measured by means of EPMA. The results indicated close agreement between the two for iron and aluminium. Diffusion coefficient in the interface transition zone is larger than that in the Fe₃Al and Q235 steel at the same temperature, which is favourable to elemental diffusion. The diffusion distance near the Fe₃Al/Q235 interface increased with increasing heating temperature,T , and the holding time, t. The relation between the width of the interface transition zone,x , and the holding time,t , conformed to parabolic growth law: x bd² = 4.8 × 10⁴ exp(-133/RT) bdt -t ₀bd. The width of the interface transition zone does not increase significantly for holding times beyond 60 min.