基于整体结构的纳米晶体材料力学模型

为了系统地分析晶粒尺寸、应变速率和缺陷对纳米晶体材料的影响,提出了1个新的本构模型,运用能量法描述纳米晶体的变形机理、微结构演变和力学行为.在模型中,晶粒和晶界作为一个整体共同承担位错和晶界滑移.通过对纳米晶体N i在不同应变速率和晶粒尺寸条件下的实验,验证改进模型的可行性.与实验数据对比发现,预测的模型可以用来描述纳米晶体材料的力学性能.     

纳米晶体材料的本构模型研究进展

纳米晶体材料具有优异的力学性能,近年来,不少国内外研究者对纳米晶体材料的力学行为和本构模型进行了深入的研究。有针对性地回顾了国内外纳米晶体材料本构模型的研究工作,对国际上最新成果进行了评述,指出了尚未解决的一些关键技术问题。结合相关领域的最新研究成果,提出了今后应着重研究的4个关键点分别为:纳米晶体相与应变速率和晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程、晶界相与应变速率和晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程、含孔隙多相复合夹杂体的协调变形力学理论研究、实验制备和表征,并就这4个关键点提出了一些思路与建议。     

热应力下陶瓷材料中裂纹扩展的声发射研究

用声发射技术监测了刚玉－莫来石质陶瓷材料在缓慢加热、冷却和骤冷时微裂纹的形成、扩展过程，发现其在冷却过程中声发射计数率的峰值约为加热过程的４００倍。材料在热应力下微裂纹的形成、生长主要发生在冷却过程中。当晶粒尺寸减小时，材料的微裂纹扩展、蔓延逐渐被抑制在较小的范围内。骤冷时，由热应力引起的微裂纹稳态扩展和失稳扩展的声发射特性与材料残余强度的变化趋势是一致的。     

二次弹性相对含孔隙纳米复相陶瓷力学性能的影响

二次相常存在于多种纳米晶体材料中.为评价二次相对含孔隙多相纳米陶瓷力学性能的影响,提出了一个可计算含孔隙多相纳米陶瓷的弹性模量和屈服强度的力学模型.该模型假设在多相纳米陶瓷中,一些相可以发生塑性变形,而对二次弹性相只考虑弹性变形.在该模型中,每一相都被认为是由晶粒相和晶界相组成的复合体,孔隙为单独一相.在等应变假设和割线模量方法的基础上,将Budiansky的自协调模型进一步扩展应用,最终建立了一个描述二次相性能的含孔隙多相纳米陶瓷的本构模型.研究了二次相对多相纳米陶瓷弹性模量和屈服强度的影响,以及这种影响与二次相的品粒尺寸、硬度和体积分数的关系.     

以四氯化硅水热法合成高纯微米级石英晶体

采用水热法,以多晶硅副产物四氯化硅为原料,碳酸钠为矿化剂,研究了不同温度下石英晶体的合成。并利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对其物相结构、形貌和成分进行了表征。结果表明,合成的石英晶体为典型的低温α-石英,呈棱柱状轴向生长;随着温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,在220 ℃下制备得到的晶粒最大,平均粒径为8 μm左右;但当温度为230 ℃时,制备的石英晶体的晶粒反而变小。     

纳米SiC—Al2O3／TiC多相陶瓷复合材料显微结构的研究

考察了纳米SiC-Al2O3/TiC多相陶瓷复合材料的断裂方式,由于纳米SiC的加入,材料以穿晶断裂为主,通过透射电镜观察,研究了纳米陶瓷复合材料中纳米SiC的分布,证明所制备的材料主要为晶内型纳米复合陶瓷,在纳米SiC-Al2O3/TiC多相陶瓷复合材料中,少量纳米SiC位于基体晶粒间,大多数纳米SiC位于基体晶粒内,而且纳米SiC的加入细化了基体的晶粒,通过高分辨透射电镜观察,研究了纳米SiC－Al2O3/TiC多相陶瓷复合材料中,纳米SiC与基体间界面结合状态,发现在两颗粒间的晶界几乎没有玻璃相,证明纳米陶瓷复合材料中晶界得到了加强,有利于材料力学性能的提高,另外研究了裂纹在材料中的扩展行为,结果表明,纳米粒子对裂纹的扩展起到偏折和钉扎作用。     

纳米SiC-Al_2O_3/TiC多相陶瓷复合材料显微结构的研究

考察了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料的断裂方式 .由于纳米SiC的加入 ,材料以穿晶断裂为主 .通过透射电镜观察 ,研究了纳米陶瓷复合材料中纳米SiC的分布 ,证明所制备的材料主要为晶内型纳米复合陶瓷 .在纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,少量纳米SiC位于基体晶粒间 ,大多数纳米SiC位于基体晶粒内 ,而且纳米SiC的加入细化了基体的晶粒 .通过高分辨透射电镜观察 ,研究了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,纳米SiC与基体间界面结合状态 ,发现在两颗粒间的晶界几乎没有玻璃相 ,证明纳米陶瓷复合材料中晶界得到了加强 ,有利于材料力学性能的提高 .另外研究了裂纹在材料中的扩展行为 ,结果表明 ,纳米粒子对裂纹的扩展起到偏折和钉扎作用     

热压氮化硅材料中小裂纹的稳态扩展

对一种HPSN材料中Vickers压痕裂纹的稳态扩展过程进行了研究,发现裂纹扩展阻力随着裂纹尺寸的增大而增大,由于残余应力的影响,其K_(R)～C关系曲线的形状及位置与压痕压制荷载及压痕裂纹初始尺寸有关。经退火消除残余应力后测得的K_(R)～C曲线可能反映了材料的本征性能。     

环向约束下PE管裂纹扩展过程研究

为避免塑料压力管道内部裂纹失效易产生灾难性的破坏,以聚乙烯管道为例,通过在管道外表面施加环向约束打破动态能量释放率与动态断裂韧度平衡的阻止裂纹扩展,对不同尺寸的轴向裂纹在有、无环向约束下的扩展过程分别进行了仿真分析。结果表明,随着裂纹缺陷的轴向和径向发展,裂纹尖端最大应力不断的增大,可达到甚至超过管材的屈服极限;管材外表面有约束的存在,可有效降低裂纹的扩展速度和动力,从而减慢或阻止裂纹的进一步扩展。     

纳米二氧化钛光催化抗菌剂的开发与应用进展

纳米技术和纳米材料是当前学术界的新型热点研究领域之一。纳米材料是指晶粒或微粒尺寸为纳米级的材料，广义地说是材料晶粒或微粒三维尺度中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺度进入纳米级时，其本身便拥有了特殊的体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，从而使其具有奇异的力、电、光、热性能和化学活性、催化和超导特性，     

晶粒尺寸对纳晶材料断裂韧性的影响

建立了一个描述在纳晶材料中特殊旋转变形对裂纹钝化的影响的晶粒相关理论模型。特殊旋转变形由裂纹尖端的应力集中来驱动。由于特殊旋转变形导致临界裂纹强度因子增加,从而达到裂纹的钝化作用。计算了裂纹强度因子与晶粒尺寸的关系,结果显示由于晶粒的特殊旋转变形,使临界裂纹强度因子最大增加到50%。     

大型储罐角焊缝焊趾表面裂纹应力强度因子数值计算

针对大型储罐典型失效模式——角焊缝开裂,利用ANSYS建立有限元模型求得角焊缝焊趾附近精确应力场;采用1/4节点奇异单元法和混合网格扩展法建立角焊缝焊趾表面半椭圆裂纹模型并求解应力强度因子;讨论了裂纹深度半长比a/c、裂纹深度板厚比a/t、焊脚尺寸板厚比Lw/t和焊趾角θ对应力强度因子数值分布的影响。计算结果表明:角焊缝焊趾表面裂纹应力强度因子沿裂纹前沿呈U形分布,在表面点取得最大;随着裂纹深度a的增加,表面点应力强度因子有增大趋势,而最深点的焊接放大效应则逐渐减小。     

不同晶型纳米二氧化钛的水热合成

水热法合成了不同晶型、形貌和大小的纳米二氧化钛。利用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对所得的样品进行了表征。研究了pH值、水热反应温度和水热反应时间对纳米二氧化钛晶型、形貌和晶粒尺寸的影响。结果表明,前驱体pH值是决定产品晶型、晶粒尺寸和形貌的主要因素。随着水热反应温度的升高,纳米二氧化钛的晶粒尺寸逐渐变大,但pH=3.0时所形成的锐钛矿型纳米二氧化钛的晶粒尺寸却几乎不变;随着水热反应时间的延长,金红石型纳米二氧化钛晶粒的生长速度最快,而锐钛矿型的纳米二氧化钛的晶粒生长速度则最慢。     

纳米氮化硅陶瓷的抗热震性能研究

研究了由热压法制备的晶粒尺寸为 100nm 左右的氮化硅陶瓷抗热震性能.研究结果表明,纳米氮化硅陶瓷表现出原始短裂纹扩展特征;起始粉末粒度对氮化硅陶瓷的力学性能和抗热震性有一定影响.在纳米尺度范围内,晶粒较粗大的氮化硅陶瓷具有较好的抗热震性能;随起始粉末中仪 α-Si3N4 含量的增加,氮化硅陶瓷的抗热震性能得到明显提高.     

海底管道的疲劳寿命分析

分析了影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,推导了海底管线裂纹疲劳寿命计算公式.考虑了管跨所承受载荷、裂纹尺寸、材料断裂韧性等参数,使用Monte Carlo法疲劳寿命模型对海底管道进行疲劳寿命可靠性计算,比较了不同裂纹尺寸对疲劳寿命的影响,并编写了计算机应用程序.算例表明,该模型在疲劳寿命的可靠性估计中应用具有积极的工程意义.     

石灰活性对中空硬硅钙石二次粒子球形貌的影响

研究了石灰CaO晶粒尺寸和消解速度对合成中空硬硅钙石二次粒子球的影响。CaO对晶粒尺寸小，石灰消解速度快。CaO晶粒对合成硬硅钙石晶体没有影响，但影响硬硅钙石二次粒子球的形貌。CaO晶粒尺寸小能形成中空二次粒子球，球尺寸随CaO晶粒尺寸增大有所增大。CaO晶粒一旦烧结变粗则形成的是硬硅钙石堆积团。     

活化温度对LiMnPO_4固相反应制备过程的影响

以氢氧化锂、磷酸二氢铵和醋酸锰为原料,以聚乙二醇PEG-400为表面活性剂,经低热反应合成前驱体NH4MnPO4,再经固相反应制备LiMnPO4纳米晶体.对产物进行了表征,研究了活化温度对LiMnPO4生成过程的影响,探讨其可控制分步合成过程.结果表明,晶体生长动力学指数n=1.1,晶粒生长激活能E=20.98kJ/mol.在LiMnPO4晶粒生长过程中可通过调节温度控制LiMnPO4晶粒粒度.以LiMnPO4为材料制作析氢电极,电极因材料粒度不同在水溶液中催化析氢的程度不同,随电极材料粒度增大,析氢电极反应平衡电势负移.     

溶剂热法合成纳米级CoO粉体及其生长习性

以四水醋酸钴和无水乙醇为原料,采用溶剂热法在150℃制备了纳米晶体CoO. 利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段对产物进行了分析和表征. 结果表明,产物CoO晶体为面心立方结构,晶粒尺寸约为50 nm,大小均匀,分散性好. 研究了不同合成条件对CoO晶粒尺寸的影响,并分析了CoO的结晶习性,在低过饱和度条件下,CoO晶体因{111}晶面生长速度最慢而显露,因此它的形貌为八面体     

纳米二氧化钛的制备及光催化性能的研究

实验采用了熔融分相法制备纳米TiO2光催化材料，本文研究了该制备方法的实验原理，采用DTA，XRD，SEM，TEM等测试手段对实验结果进行分析，并对不同条件下热处理样品的TiO2晶体的析晶情况进行讨论，用甲基橙作为模拟降解物进行光催化性能的测试。实验结果表明：采用熔融分相法可以制备出晶体粒径在纳米尺寸的与多孔玻璃负载牢固的TiO2光催化材料。光催化性能结果显示了对于不同条件热处理的样品，只有在多孔玻璃载体孔径及TiO2晶粒尺寸大小适宜时，其光催化效果才能达到最佳。     

无水醋酸钠结晶过程中析晶温度和颗粒粒径在线测量

结晶过程是化工单元操作中一种高效节能的固液分离与提纯技术,广泛应用于食品、医药、染料等生产过程。结合超声法、图像法和光学浊度法研究了无水醋酸钠的结晶过程,通过超声模型结合最优正则化反演算法求解晶体颗粒粒度分布,在线测量了不同降温速率和搅拌速率下的析晶温度、晶体尺寸和形貌变化。结果表明：较快的降温速率可促进晶体生长,搅拌速率较快初期晶体尺寸较大,但后期由于颗粒磨损致平均尺寸减小;相同条件下光学浊度法较超声法较早测得析出晶体,实验中析晶温度偏差低于15%;图像法直观观察到了晶体生长过程并较好表征了晶粒形貌,与超声法具有接近的晶粒增长趋势,当晶体稳定析出后两者体积中位径偏差在15%以内,均较好地反映了实验条件对结晶晶体尺寸的影响。光学方法可更精细体现结晶初期特征,而在结晶后期超声法仍可对粒径进行有效测量。