SiC半导体材料产业发展现状

本文介绍了SiC半导体材料的性能优势,应用前景和制备方法,重点对物理气相传输法(PVT)制备SiC单晶做了描述,分析了SiC单晶材料国内外产业发展现状及发展瓶颈,同时对SiC单晶材料的发展趋势进行了展望。     

高体积分数SiCP/Al复合材料的拉伸、压缩与弯曲特性

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC P/ Al)复合材料的拉伸、 压缩和三点弯曲特性进行了实验研究。结果表明 : 高体积分数 SiC P/ Al 复合材料与低体积分数 SiC P/ Al复合材料相比 , 没有明显的线性屈服阶段。进一步的加载2卸载实验表明 , 在外载荷作用下 , 材料宏观上呈现一种类似金属材料的塑性 , 卸载后留有较大的残余应变 , 再次加载时沿上次卸载路线上升 , 而且拉应力导致的残余应变大于压应力。三点弯曲时材料内部产生残余塑性变形的潜力最大 , 切线模量更稳定。宏观断口分析表明 , 金属基体的非均匀分布导致产生局部渐进的微屈服 ,是使材料性能宏观上类似塑性材料的主要原因。制备过程中的残余应力和基体内部的微缺陷是拉应力比压应力产生更大残余应变的主要原因。     

热残余应力对C/SiC复合材料界面剪切强度影响的有限元分析

根据C/SiC复合材料的属性,建立单纤维顶出的二维轴对称模型,采用有限元法对C/SiC复合材料的界面剪切强度进行数值研究,分析中考虑材料制备过程中的残余应力对界面剪切强度的影响,在细观力学层面上系统分析纤维顶出过程的界面剪应力及其相关影响因素。分析得出,残余应力会对界面造成损伤,降低界面脱粘载荷。材料的界面承受能力与热膨胀系数呈正相关,与固化温度呈负相关。     

2D-C/SiC复合材料的主泊松比演化行为

泊松比是材料及其结构力学性能分析的重要参数之一。本文旨在研究2D-C/SiC复合材料主泊松比的非线性演化行为。首先，基于Mini复合材料模型与正交层压板模型，考虑纤维的横观各向同性性质，建立了2D-C/SiC复合材料的热残余应力计算模型；其次，应用剪滞理论与经典层压板理论，考虑材料的损伤与热残余应力释放机制，建立了2D-C/SiC复合材料的主泊松比计算模型；最后，通过试验表征了材料的应变响应及泊松比演化规律，并对理论模型进行了分析验证。结果表明，2D-C/SiC复合材料内部热残余应力较大，拉伸损伤过程中的热残余应力释放是负泊松比产生的原因；应力-应变曲线及泊松比演化曲线的模型预测结果均与试验曲线吻合较好，表明了理论分析模型的准确性与合理性。     

梯度陶瓷喷嘴残余应力的有限元分析

为了提高喷嘴的抗冲蚀磨损能力,将梯度功能材料理论运用于喷嘴材料的设计中,改传统的均质喷嘴材料为非均质喷嘴材料,提出在梯度陶瓷喷嘴制备中将残余压应力引入喷嘴入口的设计目标.在组成分布指数一定的条件下,针对主要设计参数对梯度陶瓷喷嘴残余应力的影响进行有限元分析,探讨了梯度层厚度、临界梯度层材料组分差对SiC/(W,Ti)C单梯度陶瓷喷嘴残余热应力的影响规律,在组成分布指数取0.5时,优化SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴梯度层厚和临界梯度层材料组分差.结果表明,残余应力随梯度层厚h及临界梯度层SiC体积组分差的不同产生很大差异,合理设计梯度层厚h及临界梯度层SiC体积组分差可在喷嘴入口形成有效残余压应力,最佳梯度层厚为5mm,临界梯度层SiC组分差小于5%(体积分数).     

SiC纤维增强钛基复合材料残余应力的数值模拟

采用有限元模拟方法研究了SiC纤维和SiC/Ti-6Al-4V复合材料的制备过程,用正交实验分析技术计算了不同参数对SiC纤维残余应力和复合材料致密度及残余应力的影响规律。结果表明,对于SiC纤维的制备过程,降低沉积温度和C涂层厚度则WC反应层中的轴向热应力降低。对于复合材料的热等静压过程,热等静压温度和包套厚度对复合材料致密度的影响较大,热等静压时间和纤维体积分数对致密度的影响较小,随着热等静压温度的升高和包套厚度的降低复合材料的致密度提高;适当提高热等静压温度和纤维体积分数、降低包套厚度能大大增大基体的径向残余应力和适当提高热等静压温度和包套厚度、降低热等静压时间,能大大降低基体的环向残余应力。建议热等静压温度为950-960℃,热等静压时间为9 h,包套的厚度为70-80 mm,纤维的体积分数为45%-50%。SiC纤维增强钛基复合材料残余应力模拟结果与用拉曼光谱法测试的数值有一定的不同,但是其变化趋势相近。     

SiC单晶生长研究进展

SiC单晶生长是一个引人注目的研究热点，受到各国政府、科研人员的广泛关注。本文综述了SiC单晶生长的研究进展，对目前广泛采用的PVT法进行了详细介绍，讨论了原料、籽晶、温度、温度梯度、载体气压对单晶生长和质量的影响。对今后的研究方向提出了看法。     

等离子喷涂ZrC基涂层逐道逐层沉积残余应力模拟与实验验证

采用商用ANSYS14.5软件, 依据复合梁增层力学模型, 采用逐道逐层累积模型模拟了C/C复合材料表面等离子喷涂ZrC基涂层沉积残余应力的特征, 分析了SiC过渡层、第二相(SiC, MoSi₂)和涂层厚度对ZrC基涂层残余应力的影响, 并进行了实验验证。结果表明, SiC过渡层有效缓解了涂层与基体的热失配应力。涂层体系的应力随着涂层厚度的增加逐渐减小, 符合应力松弛和叠加规律。在涂层内部的径向应力以拉应力为主, 基体中主要为压应力, 且在界面边缘存在压应力集中的极限区域, 易使涂层产生裂纹并沿界面扩展。该模拟采用逐道逐层累积的方法更逼近实际喷涂过程, 能更准确预测涂层的残余应力。     

X射线衍射法测定圆棒表面残余应力的影响因素

采用X射线衍射法测定了圆棒表面的残余应力,讨论了检测方法、检测设备状态、试样状态等因素对检测结果的影响。结果表明:在表面残余应力测定过程中,应在检测设备稳定工作的前提下,根据材料类型和晶体结构来选择检测参数,考虑试样的割取与保护对检测结果的影响;对于组织状态复杂的材料,可适当增加摆动角来提高检测精度。     

基于声信号识别的焊后残余应力处理质量检测方法

焊后残余应力处理过程的非线性程度高且参数耦合性强,导致处理质量不稳定。而现有检测方法仅做抽样检测,存在检测精度低、周期长等问题,且无法进行实时在线检测。为此,提出一种新的基于声信号识别的焊后残余应力处理质量在线检测方法。该方法先实时采集焊后残余应力处理过程中的声信号并提取其特征,然后构建基于多权值神经网络的焊后残余应力处理质量检测模型,以实现在线识别。实验结果表明,相比于传统检测方法,所提出方法可实现焊后残余应力处理质量的在线检测,可为焊后处理过程中的参数优化和质量控制提供参考。     

三维机织陶瓷基复合材料的面内剪切性能及损伤研究

采用IOSIPESCU纯剪切试件, 考虑纤维的编织结构和失效机理, 研究了三维机织碳/碳化硅(C/SiC)复合材料在面内剪切载荷作用下的力学性能和损伤过程. 材料具有明显的非线性应力-应变行为和残余变形等特性. 材料主要的损伤机制为基体微裂纹开裂, 界面脱粘和纤维断裂, 其中界面裂纹是材料应力-应变等力学行为的主要影响因素. 基于连续介质损伤力学分析方法, 提出了简单的损伤演化模型并对损伤演化过程进行了描述.     

7050和7075铝合金板材的淬火残余应力

铝合金板材的残余应力主要产生于淬火过程中,而残余应力是导致航空航天用铝合金板材机加工变形的主要原因。采用X射线衍射法、超声波法和盲孔法分别对7050铝合金板材水浸淬火试样的残余应力进行了测试,并对3种方法的测试结果进行了对比和分析;采用超声波法对7075铝合金板材喷淋淬火试样的残余应力进行了测试。结果表明:超声波法测得的7050铝合金板材水浸淬火试样的残余应力分布规律与X射线衍射法和盲孔法测得的具有较好的一致性,板材近表层处的残余应力随着测试深度的增加而减小;7075铝合金板材喷淋淬火试样的残余应力随着辊速和喷水量的增大而增大。     

超声作用下激光熔覆SiC/316L复合涂层残余应力数值模拟

通过施加动态边界条件和超声振动热效应转化相结合的方法近似处理超声振动边界条件,研究了超声作用下激光熔覆SiC/316L复合涂层的残余应力,并探讨了超声振幅和扫描速度对复合涂层残余应力的影响。根据优化结果采用超声辅助激光熔覆制备SiC/316L复合涂层。结果表明:超声振幅和扫描速度对涂层表面x方向应力、y方向应力、界面处剪切应力和von Mises应力均有明显影响。当超声振幅为10 μm,扫描速度为10 mm/s时,SiC/316L复合涂层有较好的残余应力缓和效果。超声空化或机械效应及声流作用促使SiC/316L复合涂层组织得到明显细化,且SiC颗粒均匀分布。      

残余应力检测与消除方法的研究现状及发展

残余应力的存在会严重影响工件的强度及相关性能,对残余应力的检测及消除方法的研究具有重要的理论意义及工程应用价值。从残余应力的概念及形成原因入手,介绍了钻孔法、X射线衍射法、磁测法、超声波检测法等测量残余应力的手段以及研究发展现状;同时阐述了热处理法、振动时效法、超声波冲击法等消除残余应力的方法。     

第14届全国残余应力学术交流会第1轮通知

由全国残余应力学术委员会与中国机械工程学会理化检验分会、表面工程分会、无损检测分会及中国物理学会X射线专业委员会联合举办的第14届全国残余应力学术交流会拟于今年10月在青岛市召开。热忱邀请全国各行业、高校及研究院所等单位的相关专家、学者和工程技术人员踊跃撰写论文,积极参加交流。征文范围包括:①残余应力测定与计算;②材料加工处理与残余应力;③新材料(复合材料、电子材料、生物医用材料和表面工程)和新工艺中的残余应力问题;④残余应力调整技术;⑤残余应力对材料性能的影响;⑥残余应力与零件的失效分析;⑦钢中残余奥氏体测…     

热喷涂构件中残余应力的理论分析

本文发展了一种新的分析涂层结构(平板、梁)热残余应力的模型,可以研究骤冷过程(Quenching)和冷却过程(Cooling)在涂层结构内引发的残余应力分布。与以往模型相比,其优势在于:它可以考虑源于喷涂过程的涂层孔隙率、温度梯度等因素对于涂层和基底内残余应力的影响。其中孔隙率和温度分布由计算机模拟涂层沉积过程得到。另外,当基底的材料和几何参数被固定时,我们分析了诸如涂层的理想模量、厚度、热膨胀系数等参数,对于涂层结构中最终残余应力分布的改变机理。     

碳纤维增强复合材料应力检测技术

碳纤维增强复合材料在制备、加工到装配、服役过程中,由于热膨胀不匹配等原因会导致材料内部出现分层、裂纹等缺陷,这些缺陷往往使材料处于一定的应力状态。这些应力状态有些对结构有益,而大多会使分层、裂纹等缺陷加剧进而造成结构强度和稳定性的大幅下降,在结构设计过程中必须充分认识有害的残余应力。精确快速地检测复合材料所处的应力状态,对于准确评估结构的强度、稳定性和使用寿命至关重要。总结了有损和无损应力检测技术的研究现状,并通过分析不同检测方法的优势与不足,指出了今后碳纤维增强复合材料应力检测研究工作的发展趋势。     

喷丸强化对SiC颗粒增强铝基复合材料疲劳性能的影响EI北大核心

采用快速凝固/粉末冶金工艺制备SiC颗粒增强铝基复合材料,详细研究了喷丸强化对材料表面微观组织、残余应力和疲劳性能的影响,并观察了疲劳断口的微观形貌。结果表明:经喷丸强化后,SiC颗粒增强铝基复合材料疲劳性能明显提高;材料表面形成强化层,厚度约为95μm,压应力呈U型分布;位错在第二相质点周围形成位错缠结。     

热时效对消除钢结构焊接残余应力的工艺评估

针对钢结构拼焊过程中产生的焊接变形和残余应力,采用热时效工艺对焊接构件进行了消应力处理,然后采用盲孔法对焊接构件焊后和热时效后的残余应力分布及变化进行了测定,定量地评估了热时效消除钢结构焊接残余应力的工艺效果。结果表明：通过热时效处理,可使钢结构的焊接残余应力大大降低,消除应力效果良好。     

激光熔凝过程中三维温度场的数值模拟

采用有限元法,模拟计算了激光表面熔凝单晶合金材料中的三维温度场分布,得到了材料表面及截面的温度梯度分布,为激光熔凝过程中CET转变及液固相变过程中温度梯度G的变化提供了理论依据。将材料热物性参数随温度的变化引入计算模型,并得到了其对计算结果的影响,为下一步残余应力的数值模拟做了预研准备。计算结果表明:随温度变化的材料的热物性参数对温度梯度G的影响较大;在单晶合金凝固过程中,材料内温度梯度G对CET转变起关键作用;模拟结果与实验测量结果吻合很好。