单晶氮化镓纳米压痕与划痕实验

为分析单晶氮化镓的微观变形机理,使用纳米压痕仪对单晶氮化镓进行压痕与划痕实验.结果表明单晶氮化镓压痕过程存在弹塑转变过程即"pop-in"现象,分析得出此现象是由材料的位错萌生和扩展导致,压痕周围产生凸起现象导致计算硬度和弹性模量偏大,通过模型修正得到更真实的硬度和弹性模量数据.单晶氮化镓的变载划痕过程发生弹塑转变和脆塑转变,弹塑变形阶段深度-位移曲线波动平稳,表面光滑;而脆性阶段曲线波动幅度较大,表面产生侧向裂纹且朝着划痕方向45°对称分布.得到弹塑转变的临界载荷为389 mN,脆塑转变临界载荷为1227 mN,因此单晶氮化镓塑性加工区域应在389～1227 mN之间,该区域内易加工出光滑表面.通过不同载荷划痕实验,发现划痕压头所受的切削力和摩擦系数随划痕载荷的增大而增大,因此氮化镓加工时应选择合理的加工载荷.     

工业纯铁自纳米化组织的EBSD分析

运用高能喷丸技术实现了工业纯铁表面自纳米化,利用电子背散射衍射（ElectronBackscatteredDiffraction,EBSD）对自纳米化组织的结构特征进行了分析,在此基础上探讨了工业纯铁自纳米化机理。结果表明,工业纯铁自纳米化组织由三个典型区域组成,分别含有大量残存住错,大角度晶界及大量小角度晶界。自纳米化组织含有再结晶织构和形变织构,但由于晶粒取向差不同,变形难易程度不同导致两种织构的比例不同。位错运动、晶粒取向差不同导致变形不同步及发生再结晶是工业纯铁表面自纳米化过程中晶粒细化的主要原因。     

微纳米尺度单晶铜各向异性纳米力学分析

采用纳米压痕测量仪对<100>、<110>、<111>不同取向的单晶铜进行了微纳米尺度纳米压痕试验,并对其硬度、约化弹性模量及卸载过程形貌等进行了对比分析.结果表明:在微纳米尺度下,不同取向单晶铜硬度值存在明显的尺寸效应,当压入深度小于30 nm时,单晶铜的硬度值随着压入深度的增加而增大,随后随着压入深度的增加而逐渐减小至0.8 GPa左右.<110>取向单晶铜的约化弹性模量值最大,<111>取向次之,<100>取向最小;<100>、<110>、<111>取向单晶铜的卸载表面均出现明显的堆积现象,其中<110>取向单晶铜出现明显的二维对称堆积形貌,<100>取向单晶铜的弹性恢复位移最大,而<110>取向单晶铜的弹性恢复位移最小.     

压头晶体各向异性对纳米压痕变形机理的影响

为了研究压头晶体各向异性对纳米压痕变形机理的影响,用多尺度准连续介质(QC)法模拟了不同晶向的Ni压头与Ag薄膜的纳米压痕过程,对比不同晶向的压头在薄膜的弹-塑性转变点和最大载荷时薄膜中的原子滑移带,发现压头的晶向是决定薄膜开启原子滑移系的难易的关键因素。研究了压头在不同晶向下纳米压痕过程中Ag薄膜的变形机理,发现薄膜中原子滑移大都由压头拐角处触发。用RiceThomson位错模型计算得到压头表面正应力和切应力的分布图,借助应力分布图讨论了薄膜原子滑移的开启机理。     

冷轧纯铜微观组织及织构演变的特征

介绍了电子背散射技术（EBSD）在材料织构方面的研究应用状况,并采用EBSD研究了纯铜在冷轧过程中晶粒的变化、晶粒取向及晶界角度分布的特征。结果表明,纯铜在经过大变形量后出现轧制织构,其轧制织构主要是{112}〈111〉和{011}〈112〉织构;在中小变形量下,随着变形量的增加大角度晶界逐渐减少,而到高变形量时逐渐增加。     

微纳米尺度单晶铜各向异性表面切削特性实验研究

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶铜各向异性表面在不同载荷和刻划速度下的切削特性进行实验研究。结果表明:单晶铜各晶面表面在较低载荷下,划痕细小且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕深度和宽度逐渐变大,并形成明显的沟槽,在沟槽的两侧出现明显的侧流现象,探针前方出现切屑堆积,尤其单晶铜Cu(100)切屑堆积较明显;单晶铜Cu(100)在刻划速度为10μm/s、50μm/s时,切削力无明显变化规律,其余两晶向都是在同等载荷下,刻划速度越大,切削力越大。随着刻划速度的增大,切削力趋于稳定;载荷越大,切削力越大,其相应摩擦系数也增大。     

压头对Ni基单晶合金纳米压痕结果的影响

采用分子动力学方法研究压头尺寸(半径分别为1.5nm、2.5nm、3.5nm、4.5nm)和加载速度(10m/s、20m/s、30m/s、40m/s)对Ni基单晶合金γ/γ′(001)晶面纳米压痕测试结果(弹性模量和硬度)的影响。结果表明压头尺寸和加载速度对Ni基单晶合金γ/γ′(001)晶面的纳米压痕测试结果有显著影响。采用中心对称参数研究各模型不同压入深度时基体中位错的形核和运动情况,结果表明压头尺寸越大、加载速度越快,基体γ相中位错形核形式越剧烈。压头尺寸较大或加载速度较快的模型在γ相中产生了棱柱型位错环,棱柱型位错环在γ相中沿着{111}面滑移,最终在γ/γ′相界面处塞积,然后有新的棱柱型位错环产生。     

镍基单晶高温合金力学性能各向异性的研究进展

镍基单晶高温合金凭借优良的高温力学性能和组织稳定性而成为目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料,其力学性能各向异性对涡轮叶片的服役性能和安全可靠性至关重要,受到叶片设计师和制造专家的高度重视。为了满足更严苛的使用要求,国内外都在不断研发新型的镍基单晶高温合金来提升叶片承温能力,但是对新型合金力学性能各向异性的研究还不是很全面,对新添加元素的作用机理也有待进一步的研究。近些年来,国内外相关研究表明,镍基单晶高温合金力学性能各向异性与温度、应力等因素有关,不同的单晶合金表现出不同的规律。镍基单晶高温合金的拉伸性能具有明显的各向异性,随着温度的升高,其原子扩散能力增强,开动滑移系的数量增多,拉伸性能的各向异性减弱。随着合金成分中难熔元素含量的增加,滑移系的位错交截概率或变形协调性发生变化,合金表现出不同的拉伸性能各向异性。在中温高应力条件下,合金蠕变性能存在显著的各向异性。随着应力的升高,[001]取向的蠕变性能显著降低,[111]取向变化较小,这与应力变化对滑移系数量的影响有关。随着难熔元素含量的增加,合金不同取向滑移系的开动和层错的形成更容易,从而影响蠕变性能的各向异性。在高温低...     

基于分子动力学方法模拟硅功能化石墨烯纳米压痕过程

基于分子动力学方法, 采用Tersoff势函数与Lennard-Jones势函数, 结合速度形式的Verlet算法, 首先对单层石墨烯薄膜的分子动力学模型进行了纳米压痕力学过程的模拟.通过模拟得到单层石墨烯薄膜的荷载-位移曲线, 并对其进行最小二乘法拟合, 得到了单层石墨烯薄膜的弹性模量和强度, 通过和已有研究结论进行对比, 验证了模型的有效性.最后建立了由双层石墨烯薄膜构成的硅功能化石墨烯分子动力学模型, 进行了纳米压痕力学过程的模拟.采用同样的计算方法和过程, 得到了硅碳比 (硅原子数与碳原子数之比) 为0.65%的双层硅功能化石墨烯材料的弹性模量和强度分别为0.98 TPa和247.33 GPa.     

Microstructural Characterization of the Shear Bands in Fe-Cr-Ni Single Crystal by EBSD

An investigation has been made into the microstructural characterization of the shear bands generated under high-strain rate （≈10^4 s^-1） deformation in Fe-15%Cr-15%Ni single crystal by EBSD-SEM （electron backscatter diffraction-scanning electron microscopy）, TEM （transmission electron in microscopy） and HREM （high- resolution electron microscopy）. The results reveal that the propagation of the shear band exhibits an asymmetrical behavior arising from inhomogenous distribution in plasticity in the bands because of different resistance to the collapse in different crystallographic directions; The γ-ε-α′phase transformations may take place inside and outside the bands, and these martensitic phases currently nucleate at intersections either between the twins and deformation bands or between the twins and ε-sheet. Investigation by EBSD shows that recrystallization can occur in the bands with a grain size of an average of 0.2μm in diameter. These nano-grains are proposed to attribute to the results of either dynamic or static recrystallization, which can be described by the rotational recrystallization mechanism. Calculation and analysis indicate that the strain rate inside the shear band can reach 2.50×10^6 s^-1, which is higher, by two or three orders of magnitude, than that exerted dynamically on the specimen tested.     

单晶硅(111)晶面纳米压痕过程分子动力学仿真及实验

为了研究脆性单晶材料单晶硅（111）晶面微观机械特征,应用分子动力学,对压痕过程进行仿真分析．本文应用平均势能和径向分布函数相结合方法对压痕过程进行考察．仿真结果表明,工件在压头附近的晶格结构发生变化．在仿真过程中通过确定工件内部的分界线来表明住错传播运动;在压痕结束后工件自身弛豫过程变形区域弹性恢复大约27％．应用Hysitron公司的Triboindenter纳米原位压痕仪进行压痕实验,并把实验得到的材料压痕折合模量与分子动力学仿真计算结果进行比较,结果表明仿真的误差率小于31％．     

单晶高温合金DD6拉伸性能各向异性

研究了[001],[011],[111]取向第二代单晶高温合金DD6的拉伸性能与断口组织。结果表明:DD6单晶高温合金存在拉伸各向异性,850℃以上[001]取向DD6单晶高温合金的抗拉强度与屈服强度分别高于[011],[111]取向合金的强度,[001],[011],[111]取向DD6单晶高温合金的拉伸断口具有类解理断裂与韧窝断裂的特征。     

基于EBSD技术的P91钢蠕变过程中小角度晶界演化行为表征

在620℃、145 MPa条件下对给定的P91钢进行高温蠕变持久与间断试验,采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究其在蠕变过程中小角度晶界的演化行为。通过引入EBSD图像中的取向差分布来表征小角度晶界处(0.5~5°)的边界位错密度,分析了边界位错密度在蠕变过程中与小角度边界的数量、塑性应变以及内部微观组织演化之间的关系。此外,通过改变EBSD像素点与像素点之间的计算步长,探讨了步长选择对边界位错密度计算结果的影响。结果表明,小角度晶界处的位错密度在蠕变过程中先迅速上升,在最小蠕变率处达到极值后缓慢下降,直到最后基本保持不变;同时,EBSD的计算步长越小,得到的位错密度值越准确。     

单晶高温合金晶体取向的研究进展

单晶高温合金晶体取向与轴向的偏离已成为单晶叶片的一个重要缺陷.简述了单晶生长过程中在不同界面形态下择优取向的转变规律,以及取向对枝晶形貌和尺度的作用;分析了不同取向晶粒的竞争机制,并展望了晶体取向今后研究发展方向;指出了温度梯度、界面形状、熔体等是影响单晶高温合金晶体择优取向的重要因素.     

单晶材料X射线应力测定原理与方法

结合单晶X射线应力测定基本原理,通过必要的理论分析,对现有单晶应力测定方法进行必要的改进和优化。基于工程实际应用需要,精简了单晶应力测定步骤并拓宽其应用范围,即不需要事先精确已知200,只需改变空间方位角驴和驴,再通过多元线形回归分析方法即可计算出各应力分量。最后给出了单晶应力测定的典型实例,即对同一部位重复测定应力,证实测量误差不超过±20MPa,说明该方法具有较高的测量精度和可靠性。     

LHPG法单晶光纤生长中的熔区控制技术

采用激光加热基座生长法 (LHPG)生长单晶光纤 ,研究晶体源棒的熔球大小、籽晶点入深度与熔区长度、生长速度、生长质量的关系及控制技术 ,得到了生长优质单晶光纤过程中的各控制参数最佳值     

单晶高温合金发展现状EI

从８０年代初第一代单晶高温合金研制成功以来，单晶合金的发展甚为迅速，第二代、第三代单晶合金相继出现和应用，为航空发动机和地面燃气轮机的性能大幅度提高作出了重大贡献。单晶合金及其工艺的发展具有一系列重要特点。其应用范围日益扩大。预计今后相当长一段时期，单晶高温合金仍将是先进燃气涡轮发动机最主要的叶片材料。我国在单晶合金及工艺研究方面已取得显著成绩，但是仍落后于当前国际先进水平。     

Adlayer‐Free Large‐Area Single Crystal Graphene Grown on a Cu(111) Foil

To date, thousands of publications have reported chemical vapor deposition growth of “single layer” graphene, but none of them has described truly single layer graphene over large area because a fraction of the area has adlayers. It is found that the amount of subsurface carbon (leading to additional nuclei) in Cu foils directly correlates with the extent of adlayer growth. Annealing in hydrogen gas atmosphere depletes the subsurface carbon in the Cu foil. Adlayer‐free single crystal and polycrystalline single layer graphene films are grown on Cu(111) and polycrystalline Cu foils containing no subsurface carbon, respectively. This single crystal graphene contains parallel, centimeter‐long ≈100 nm wide “folds,” separated by 20 to 50 µm, while folds (and wrinkles) are distributed quasi‐randomly in the polycrystalline graphene film. High‐performance field‐effect transistors are readily fabricated in the large regions between adjacent parallel folds in the adlayer‐free single crystal graphene film.