单晶锗薄膜热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法研究平均温度为400 K,厚度d=2.8288～11.315 nm的单晶锗薄膜法向的热导率.模拟结果表明,单晶锗薄膜热导率随薄膜厚度的增加以接近线性的规律增加,其数值明显低于同等温度下体态锗的试验值.当薄膜厚度一定时,单晶锗薄膜的热导率随温度增加变化幅度很小,与同体态锗热导率随温度的变化规律相比表现出明显的尺寸效应.     

晶粒尺寸与保载载荷对Cu膜纳米压入蠕变性能的影响

利用纳米压入仪对Si片上的多晶Cu膜进行压入蠕变研究．实验结果显示晶粒尺寸大于200nm时，应力指数对晶粒尺寸不敏感．当晶粒尺寸小于200nm时，因压头底部更多的晶粒参与变形，应力指数随晶粒尺寸的降低而增大．认为薄膜材料存在一个对应力指数不敏感的最小If缶界晶粒尺寸ιc，Cu膜的应力指数随保载载荷增大而增大，其主要原因在于高载荷下位错强化机制使蠕变率降低。     

微细C5210磷青铜板料的尺寸效应研究

为研究常温下晶粒尺寸和厚度对C5210磷青铜力学性能的影响,引入尺寸效应影响因子φ=厚度/晶粒尺寸。结果表明,厚度不同时,随着φ从14.7减小到6.3,屈服强度减小了48%,延伸率由25.5%减小到18.2%;晶粒尺寸不同时,随着φ的减小,屈服强度先快速下降,当φ减小到3.5后便缓慢下降,延伸率则先增大再减小,φ为3.5时延伸率达到最大值29.2%。通过扫描电镜观察拉伸试样断口,均为韧性断裂。厚度不同时,随着φ的增大,韧窝数量增多且尺寸增大,材料塑性较好;晶粒尺寸不同时,φ从10.6减小至3.5,断面收缩率增加,韧窝尺寸增大,材料塑性较好。而当φ值继续减小到0.8时,韧窝数量减少,且尺寸变小,材料的塑性变差。     

新型Ti-Si-C-N纳米复合超硬薄膜的高温热稳定性

用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积（PCVD）方法在高速钢基体上沉积出新型Ti—Si—C—N超硬薄膜．Ti—Si—C—N薄膜为纳米晶／非品复合结构（nc—Ti（C，N）／a-Si3N4／a-C—C），当薄膜中Si和C含量较高时，Ti（C，N）转变为TiC，晶粒尺寸减小到2—4nm．薄膜晶粒尺寸和硬度的高温热稳定性均随沉积态薄膜中的原始晶粒尺寸减小而提高，当原始晶粒尺寸在8—10nm之间时，晶粒尺寸和硬度热稳定性可达900℃；当原始晶粒尺寸在2—4nm之间时，晶粒尺寸和硬度热稳定性可达1000℃．薄膜硬度和晶粒尺寸表现出同步的高温热稳定性．分析认为由调幅分解形成的纳米复合结构中的非晶相强烈地抑制晶界滑移与晶粒长大，从而使Ti—Si—C—N薄膜的热稳定性显著提高．     

铝热反应制备纳米晶Fe_3Al过程中过冷度对晶粒尺寸的影响

利用C语言计算了铝热反应制备的纳米晶Fe3Al材料均质形核的相关热力学参数和纳米晶材料在不同条件下的平均晶粒尺寸,并通过试验对结果进行验证。结果表明,在形核率一定的情况下,Fe3Al的长大速率随过冷度的增大而增大;Fe3Al的平均晶粒尺寸在过冷度超过330K后均处于纳米级,其随过冷度的增大而逐渐减小,且当达到一定过冷度时,平均晶粒尺寸趋于一致,约37nm,该值与试验测定结果相符合。     

脉冲偏压占空比对TiCrN薄膜微观结构和性能的影响规律*

随着先进制造领域对高速钢材料切削性能和加工性能的要求越来越高，迫切需要利用氮化物薄膜来提高基体材料的硬度和耐磨性等综合性能，延长高速钢材料的使用寿命。通过 TiCrN 薄膜提升高速钢材料的使役性能，研究脉冲偏压占空比对 TiCrN 薄膜微观结构和性能的影响规律，实现薄膜沉积工艺的优化。采用电弧离子镀方法，通过改变脉冲偏压占空比在 M2 高速钢基体和单晶硅片上沉积 TiCrN 薄膜。研究发现，脉冲偏压占空比的增大有助于减少膜层表面大颗粒数量，改善膜层表面质量；占空比从 10%增加到 60%，TiCrN 薄膜厚度先增大后减小，30%占空比时，TiCrN 薄膜的厚度达到最大值 623.8 nm， 60%占空比时，TiCrN 薄膜的厚度达到最小值 517.4 nm。当脉冲偏压占空比为 10%时，Cr 元素含量为 33.9 at.%，晶粒尺寸达到最小值 12.692 nm，纳米硬度和弹性模量分别为 29.22 GPa 和 407.42 GPa。当脉冲偏压占空比为 30%时，Cr 元素含量达到最小值 33.07 at.%，此时 TiCrN 薄膜晶粒尺寸达到最大值 15.484 nm，纳米硬度达到最小值 25.38 GPa，稳定摩擦因数达到最大值 0.9。所制备的 TiCrN 薄膜均以（220）晶面为择优取向，晶粒尺寸在 12.692~15.484 nm，纳米硬度都在 25 GPa 以上， 是 M2 高速钢的 2.8 倍以上。在脉冲偏压占空比为 20%时，TiCrN 薄膜摩擦因数最小为 0.68，磨痕宽度为 0.63 mm，自腐蚀电位达到最大值-0.330 V（vs SCE），自腐蚀电流密度达到最小值 0.255 μA / cm² ，腐蚀速率最低，耐腐蚀性能最强。与 M2 高速钢基体相比，TiCrN 薄膜的硬度、耐腐蚀和摩擦磨损性能都显著提升，Cr 元素和离子轰击作用是影响 TiCrN 薄膜性能的主要因素。研究结果为硬质薄膜工艺优化提供了一定的试验依据，TiCrN 薄膜在刀具材料性能提升方面有较好的应用前景。     

纳晶Cu-Ag双峰材料热传导行为特性研究

采用热压烧结法制备了具有双峰结构的纳晶Cu-Ag复合材料和纳晶Cu金属材料,采用激光法测定了试样在不同温度(200~400 K)下的热导率。测量结果显示,2种纳晶金属材料热导率随晶粒尺寸的增加而增加,并且随温度的降低而减小。在300 K下平均晶粒尺寸为150 nm的纳晶Cu-Ag双峰材料试样的热导率为163.45 W/m·K,分别占粗晶Cu和粗晶Ag的40.7%和38.1%。本研究引入并改进了卡皮查热阻理论模型对试样热导率进行了数值计算,计算结果与实验数据基本一致,纳晶Cu-Ag双峰材料热导率明显低于单晶Cu/Ag块体,纳晶金属材料热导率随着晶粒尺寸的增加而增加,验证了纳晶Cu-Ag双峰材料热导率在一定的晶粒尺寸范围内具有尺寸效应。     

微米尺寸不锈钢的形变与疲劳行为的尺寸效应

采用聚焦离子束溅射蚀刻加工了微米尺寸304不锈钢悬臂梁试样．利用静态及动态弯曲加载研究了微米尺寸材料的形变与疲劳开裂行为．结果表明：随薄膜厚度的减小,材料的屈服强度升高,塑性下降．屈服强度随悬壁梁厚度的变化关系与Hall—Perch晶粒强化关系相似．微小悬壁梁屈服强度的升高来源于小尺度材料在非均匀变形下引起的应变梯度贡献的增加;而塑性下降则归因于较薄薄膜的晶粒内较少的可动位错．疲劳裂纹从尖缺口处萌生的门槛值接近块体材料．     

晶界几何结构对纳晶ZnO材料导热过程的影响

为了探究晶界几何结构对纳晶ZnO材料导热性能的影响,将晶界表面抽象出几种典型几何形状,深入讨论了晶界表面粗糙度的计算以及声子入射角对镜面反射率的影响,改进了晶界镜面反射率的计算模型。采用PhonTS软件,用迭代法求解玻尔兹曼输运方程模拟计算得到了纳晶ZnO晶格热导率。基于分子动力学理论计算了ZnO完美材料的热导率,分析了镜面反射率、声子入射角、晶粒尺寸等因素对热导率的影响。结果表明:晶界表面粗糙度的减小或声子入射角的增大会使晶界镜面反射率增大;声子在晶界发生镜面反射不会产生热阻,纳晶材料的热导率会随着镜面反射率的增大而增大;纳晶ZnO材料的热导率表现出强烈的尺寸效应,尺寸效应随着晶粒尺寸的增大而减小。     

纳米碳化钨粉的制备及其热稳定性研究

采用固定床化学气相法存800℃碳化纳米α-W粉体制备成功晶粒尺寸为15nm左右的纳米WC粉体。用XRD分析测量了不同退火温度下纳米WC的晶粒尺寸。结果表明，随着退火温度升高，纳米WC粉体的晶粒尺寸随之增大，从原始晶粒尺寸15nm长大到1500℃时的47nm。同时在不同升温速率下测量纳米WC粉体的DSC曲线，并由Kissinger方程求得其晶粒长大激活能为3．494eV。     

纳米Ni薄膜在摩擦过程中塑性行为的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究了金刚石压头在Ni晶体薄膜上的摩擦过程和薄膜塑性变形行为的纳观机制.结果表明:在摩擦过程中,穿晶层错和棱形位错环是纳米薄膜结构传递塑性变形的两种载体,纳米薄膜晶界捕获位错阻滞了塑性变形向薄膜晶界下方材料中传播.摩擦过程中易在较薄的薄膜表面和薄膜晶界之间产生穿晶层错,穿晶层错的产生增加了薄膜蓄积塑性变形的能力,从而抑制材料表面摩擦力在黏滑过程中的振荡幅度;在比较厚的薄膜中不易生成穿晶层错,在摩擦过程中位错环依次向体材料发射,并与晶界反应,湮灭于晶界,黏滑动摩擦响应与单晶相似.由于不同厚度薄膜塑性变形产生的位错结构不同,使得在摩擦过程中亚表面微结构的演化亦不同.     

INFLUENCE OF GRAIN SIZE AND ORDERING DEGREE OF PARENT PHASE ON SME IN A CuZnAl ALLOY CONTAINING BORON

The influence of grain size and ordering degree of the parent phase on the shape memory re-covery in a Cu-25.62Zn-3.97Al-0.0018B(wt-%)memory alloy is investigated.Amathematical relationship is set up between the recovery ratio and ordering degree,probabili-ty of atoms at their ordered sites,grain size,the thickness of the grain boundary affected re-gions,the stress during deformation,as well as the critical shear stress.Shape memory effectreaches a maximum with varying grain size and increases linearly with increasing orderingparameter,which agrees well with experimental results.     

Dielectric properties of ZrTiO<Subscript>4</Subscript> thin films synthesized by sol-gel method

ZrTiO₄ thin films were successfully prepared on Pt/Ti/SiO₂/Si(100) substrates by a sol-gel process and gel films were heat-treated at various temperatures. The surface morphology, crystal structure, and dielectric properties of the thin films were investigated. It was possible to obtain ZrTiO₄ phase at temperatures above 650 °C for 2 h, which is much lower than the bulk sintering temperature. The microstructure of well-crystallized ZrTiO₄ thin films was a fine-grained microstructure less than 70 nm in grain size and the surface morphology was smooth with 22.4 rms roughness. The dielectric constant and loss of ZrTiO₄ thin films were 38 and 0.006, respectively, for thin films with 450 nm thickness heat-treated at 900 °C for 2 h.     

退火时间对块体纳米晶Fe3Al材料组织性能的影响

在800℃下对铝热反应法制备的含10%Ni的纳米晶Fe3Al材料进行了不同时间的等温热处理,保温时间分别为4、8、12、16、20、24和48 h。利用XRD和TEM分析了不同保温时间下材料的平均晶粒尺寸,并对硬度进行了测试,研究了晶粒尺寸变化趋势以及硬度变化规律,探讨了两者之间的变化关系。结果表明:材料的平均晶粒尺寸在不同时间的退火处理后,呈现出两次减小,两次增大,最后趋于平稳的过程。晶粒尺寸在4 h等温处理后达到最小值16 nm,在24 h等温处理后达到最大值35 nm。存在一个临界值dc=20 nm,当晶粒尺寸小于dc时,维式硬度和晶粒尺寸之间满足反Hall-Petch关系,当晶粒尺寸大于dc时,两者之间呈现正的Hall-Petch关系。16 h退火处理后维氏硬度最大为490 HV,24 h退火后维氏硬度最小为410 HV。     

多孔铂电极的蓄热传热性能及热稳定性研究

本研究应用固体物理理论和方法,研究了氧传感器多孔Pt电极材料的热容量、热导率等蓄热传热性能及其热稳定性随温度、时间和晶粒半径的变化规律,探讨了原子非简谐振动对电极材料蓄热传热性能及热稳定性的影响。研究表明,多孔Pt电极的定容热容量随温度的升高先增大后趋于恒定,随晶粒半径和时间的增大而减小;多孔Pt电极的蓄热性能热稳定性系数随温度的升高先急剧增大后迅速减小,最后趋于恒定,在温度约60 K时,其蓄热性能热稳定性最差;多孔Pt电极的热导率随温度的升高先急剧减小后趋于恒定,随晶粒半径的增加而增大,随时间的增长而减小;表面层对热导率的贡献随温度升高先急剧减小后趋于0;多孔Pt电极原子振动的非简谐效应使其热容量有所减小,而使蓄热性能热稳定性系数和热导率有所增大。本研究所得结果与其他文献的结果基本一致,其结论可为固体电解质氧传感器的稳定性问题提供理论指导。     

Grain size effect on cyclic deformation behavior and springback prediction of Ni-based superalloy foil

In order to clarify the influence of grain size on cyclic deformation response of superalloy sheets and springback behavior, cyclic loading–unloading and shearing tests were performed on the superalloy foils with 0.2 mm in thickness and diverse grain sizes. The results show that, the decline ratio of elastic modulus is weakened with increasing grain size, and the Bauschinger effect becomes evident with decreasing grain size. Meanwhile, U-bending test results determine that the springback is diminished with increasing grain size. The Chaboche, Anisotropic Nonlinear Kinematic (ANK) and Yoshida-Uemori (Y-U) models were utilized to fit the shear stress–strain curves of specimens. It is found that Y-U model is sufficient of predicting the springback. However, the prediction accuracy is degraded with increasing grain size.     

表面纳米化低碳钢电化学行为尺寸效应

利用超声喷丸技术制备了表面纳米化低碳钢.结构分析表明,最表层低碳钢的晶粒尺 度在20nm左右,随着向基体方向靠近,纳米层晶粒尺度逐渐增加.对纳米低碳钢在0.05 mol /L H2SO4+0.05 mol/L Na2SO4腐蚀介质中腐蚀速度测试结果表明,纳米化后低碳钢 的腐蚀增加; 纳米低碳钢的电化学腐蚀行为存在尺寸效应.在晶粒尺度小于35 nm时,纳米 低碳钢的电化学腐蚀速度随晶粒尺度的增加而降低,当晶粒尺度高于35 nm后,晶粒尺寸对 腐蚀速度影响不大.纳米化后低碳钢的阳极反应历程不变,阳极交换电流密度提高;而阴极 反应历程改变,析氢反应容易,并由电化学步骤控制转变为由扩散步骤控制.纳米化后低碳 钢阴阳极反应同时得到促进,腐蚀速度增加.