检索结果-内蒙古大学图书馆

无机材料学报 2023年第3期38卷 256-269页

作者：陈昆峰胡乾宇刘锋薛冬峰山东大学新一代半导体材料研究院、晶体材料国家重点实验室济南250100 中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心深圳518055

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的... 详细信息

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的一个重要方面,也是提升相应高技术产业的基础,突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术是获得高品质大尺寸晶体材料的关键。探究并准确理解大尺寸晶体生长机理需要借助原位表征技术和多尺度计算模拟方法。单一的原位表征和模拟技术只能探究特定时间和空间范围内的结晶信息,为了准确反映结晶过程需要综合应用多种方法。本文综述了最新的多尺度晶体生长研究的原位表征方法、多尺度计算模拟技术以及机器学习方法,为发展结晶理论和控制晶体品质提供重要的实验和理论依据,并将为提升大尺寸晶体生长工艺的开发而服务。

关键词：晶体生长多尺度结晶振动光谱原位观测多尺度模拟计算综述

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Al-Cu合金球状组织凝固液膜特性及对热裂形成作用机制

Al-Cu合金球状组织凝固液膜特性及对热裂形成作用机制

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作者：苏明沈阳工业大学

学位级别：博士

Al-Cu合金具有密度低、比强度高、塑性好、易于加工、优良的导热性和抗蚀性等特点,使其有望成为代替钢铁材料促进轻量化工业发展的重要材料。然而,由于较宽的凝固温度区间和较大的凝固收缩量,Al-Cu合金在铸造工艺中具有较高的热裂倾向性... 详细信息

Al-Cu合金具有密度低、比强度高、塑性好、易于加工、优良的导热性和抗蚀性等特点,使其有望成为代替钢铁材料促进轻量化工业发展的重要材料。然而,由于较宽的凝固温度区间和较大的凝固收缩量,Al-Cu合金在铸造工艺中具有较高的热裂倾向性,限制其应用范围。虽然国内外在改善Al-Cu合金热裂问题上做了许多针对性研究并取得一定进展,也提出一系列热裂判据并成功预测了其热裂倾向性,但是尚不明确在影响热裂的多种复杂因素共存条件下,凝固液膜对热裂的作用机制。同时,热裂判据只能预测热裂倾向性而不能定量判断热裂纹是否形成。为此,本文围绕凝固液膜对热裂的突出作用,系统研究了液膜对热裂纹萌生的作用机制,从而实现对液膜特性的表征,以此提出新的热裂纹萌生判据,并建立合金元素与液膜特性和热裂纹萌生的关系,进一步丰富热裂理论。本文设计并开发了凝固后期液膜收缩力测试系统。该系统通过二次重熔法再现由液膜和球状组织组成的固液两相共存的初始凝固状态,从而排除枝晶生长对热裂纹萌生的影响,实现对液膜性质的测量及对热裂作用机制的分析。通过该装置测量了热裂纹萌生时液膜应力,分析了不同初始凝固状态下球状组织Al-4.0Cu合金热裂行为,建立了初始凝固温度和液膜体积分数与热裂行为的关系。结果表明,同一温度下液膜体积分数越大,越有利于降低球状组织Al-4.0Cu合金后期凝固的热裂倾向性;同一温度下增加液膜体积分数可以改变凝固后期液膜特性,从而增加液膜的补缩能力,愈合已经形成的热裂纹,有效阻碍热裂纹萌生。采用分子动力学（MD）和有限元分析（FEA）方法,基于液膜流动对液膜特性进行表征,研究了不同温度下液膜体积分数和液膜成分对液膜特性的影响规律,分析了液膜特性对热裂纹萌生的作用机制。结果表明,液膜本质特性受液膜体积分数调控,液膜体积分数改变虽然不引起液膜结构特性发生变化,但会改变液膜动力学特性;同一温度下液膜体积分数的增加可以降低液膜的粘度,增加液膜流动性能;同时,同一温度下液膜体积分数的增加可以拓宽液膜补缩通道,降低液膜流动阻力,增加液膜补缩能力。当初始凝固温度为640℃,液膜体积分数为36.68%时,液膜粘度（η）为0.91m Pa·s,液膜流动压降(Pdrop)为0.0939Pa。此时液膜流动性最好,流动阻力最小,可以避免热裂纹形成。此外,同一温度下液膜体积分数增加使液膜中Cu元素扩散系数增大,使成分过冷度（ΔTc）降低和液膜补缩区（Δx）延长,有助于球状组织Al-4.0Cu合金凝固后形成胞状晶和增加液膜补缩时间,从而降低热裂纹萌生趋势。在本文实验条件下,根据凝固收缩和液膜补缩理论,热裂纹形成的根本原因是固液两相不同的体积收缩,依此提出一种基于液膜特性和微观组织的热裂纹萌生判据。该判据最大的优势是可以定量计算在凝固过程中的某个状态下能否出现热裂纹。利用判据预测球状组织Al-4.0Cu合金在不同初始凝固状态下的热裂纹萌生,与实验结果基本一致,验证了热裂纹萌生判据的准确性。并对比RDG判据和Kou判据的预测结果,表明该判据预测结果与实验结果更加吻合,进一步证明了该判据的准确性,同时突出了该判据的优势。该判据对合金在凝固过程中合金成分、组织形貌、铸造工艺条件控制等均提供了一定的指导意义。根据判据表达式,较小的液膜粘度（η）、晶间流动压差（ΔP*）、液膜补缩通道长度（l*）和较大的液膜补缩通道宽度（r*）、液膜补缩通道数量（n）均有利于增加液膜补缩体积(Vfeeding*)从而降低热裂纹萌生的可能。系统研究Al-4.0Cu-x Mg（x=0.5-2.5 wt.%）合金凝固特性和不同初始凝固状态下的球状组织Al-4.0Cu-x Mg（x=0.5-2.5 wt.%）合金热裂行为,分析了Mg元素含量对液膜特性和热裂纹萌生的影响规律。结果表明,不同初始凝固状态下的晶粒尺寸随Mg元素含量的增加先减小再增大,呈“V”趋势,在Mg元素含量为1.5 wt.%达到最小值。从体积收缩角度,固相收缩体积（Vs*）随Mg元素加入量的变化规律与晶粒尺寸一致,液膜收缩体积（VL*）随Mg元素加入量增加而基本呈线性减低趋势。从液膜流动补缩角度,在初始凝固液膜体积分数相同时,虽然Mg元素加入量过多会增加液膜η,但是r*和l*随Mg元素含量的变化规律与晶粒尺寸一致,Vfeeding*在晶粒尺寸最小值时达到最大值。因此,Al-4.0Cu-1.5Mg合金热裂倾向性最小。不同初始凝固状态下的球状组织Al-4.0Cu-x Mg（x=0.5-2.5 wt.%）合金凝固后共存在两种热裂纹形貌,一种是当Mg元素含量在0.5-1.5 wt.%之间时,由于提前形成封闭区导致液膜不能进行补缩和液膜补缩能力不足而形成的热裂纹;另一种是当Mg元素含量大于1.5 wt.%时,因表面不稳定的金属间化合物而形成的热裂纹。判据预测结果表明,因固液两相收缩

关键词： Al-Cu合金液膜特性热裂纹萌生判据多尺度模拟计算金属间化合物

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辐照温度对反应堆压力容器材料辐照脆化行为的影响规律研究

引用

核动力工程 2024年第S2期45卷 102-109页

作者：董元元罗英杜华胡甜王晓童中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

反应堆压力容器(RPV)承受着强烈的中子辐照作用,随着快中子注量的累积,RPV产生不可忽视的辐照损伤,其中辐照温度是影响其辐照损伤的重要因素之一。针对辐照温度对RPV的影响机理研究,本文开展了现有预测模型分析、原位离子模拟辐照试验... 详细信息

反应堆压力容器(RPV)承受着强烈的中子辐照作用,随着快中子注量的累积,RPV产生不可忽视的辐照损伤,其中辐照温度是影响其辐照损伤的重要因素之一。针对辐照温度对RPV的影响机理研究,本文开展了现有预测模型分析、原位离子模拟辐照试验及多尺度模拟计算。对比分析了常用的辐照脆化预测公式,其温度适用范围为275~310℃,不适用于低温辐照条件。开展了不同温度下的原位离子辐照试验,结果表明辐照温度越高,辐照位错环尺寸越大而密度越低。多尺度模拟计算结果表明,辐照温度对辐照点缺陷的产生过程影响不明显,但对辐照缺陷的演化和平衡过程具有较明显的影响;辐照温度越低,材料辐照脆化越严重。研究揭示了辐照温度对RPV材料辐照脆化行为的影响机理及规律。

关键词：反应堆压力容器(RPV)材料辐照温度辐照脆化原位离子辐照多尺度模拟计算

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