检索结果-内蒙古大学图书馆

中国陶瓷 2025年第4期61卷 50-55页

作者：李浩博刘仁清周永强罗兆淇刘亚民黄语嘉孙世宽张文民佛山大学材料与氢能学院佛山528000 佛山海关综合技术中心佛山528000 新明珠集团股份有限公司当代陶瓷研究院佛山528000

系统分析了近年来我国防滑建筑陶瓷领域的专利情况,从专利申请授权趋势、专利布局、技术路线等方面进行了探讨,并从材料科学的角度深入分析了关键技术路线及防滑–防污的关联。通过详细分析代表性专利,结合防滑建筑陶瓷研究进展报道,重... 详细信息

系统分析了近年来我国防滑建筑陶瓷领域的专利情况,从专利申请授权趋势、专利布局、技术路线等方面进行了探讨,并从材料科学的角度深入分析了关键技术路线及防滑–防污的关联。通过详细分析代表性专利,结合防滑建筑陶瓷研究进展报道,重点对布施干粒、析晶微晶体、外加剂改性以及表面纹理设计等技术路线进行解析,展示了各技术路线中材料组成、微结构设计与制备工艺、防滑防污机理及其应用效果等关键因素。此外,对防滑建筑陶瓷领域的未来发展趋势和技术挑战进行了展望。

关键词：防滑建筑陶瓷专利分析技术路线微结构设计防滑机理

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增强混凝土中FRP包覆筋研究(I):微结构设计

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复合材料学报 2004年第1期21卷 33-37页

作者：郑百林李伟张伟伟贺鹏飞同济大学固体力学教育部重点实验室上海200092 清华大学工程力学系北京100084

　FRP筋作为钢筋增强混凝土的替代物已经在潮湿环境中的海堤工程、桥梁隧道、高层建筑、城市建设等基础设施的设计与施工中广泛使用。然而,FRP筋固有的脆性特征成为FRP筋进一步推广使用的障碍。在对FRP筋的综合研究基础上提出了包覆筋... 详细信息

　FRP筋作为钢筋增强混凝土的替代物已经在潮湿环境中的海堤工程、桥梁隧道、高层建筑、城市建设等基础设施的设计与施工中广泛使用。然而,FRP筋固有的脆性特征成为FRP筋进一步推广使用的障碍。在对FRP筋的综合研究基础上提出了包覆筋的概念,即包覆筋的芯由钢等高延展性的金属材料组成,包覆层由FRP组成。对新设计的FRP筋力学性能进行了理论推导,并给出了理论预测曲线。

关键词： FRP筋包覆层微结构设计

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电磁波吸收剂微结构设计研究进展

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材料工程 2024年

作者：尉涞吴楠赵一鸣邢素丽张鉴炜尹昌平国防科技大学空天科学学院材料科学与工程系

当前电磁环境愈发复杂，电磁防护愈发重要，传统吸收剂的吸收机制单一，无法满足吸波材料“薄、轻、宽、强、广”的现实需求。需将多种类吸收剂进行结合，丰富电磁波损耗机制，并对吸收剂进行微结构设计，增强其阻抗匹配与损耗衰减性能... 详细信息

当前电磁环境愈发复杂，电磁防护愈发重要，传统吸收剂的吸收机制单一，无法满足吸波材料“薄、轻、宽、强、广”的现实需求。需将多种类吸收剂进行结合，丰富电磁波损耗机制，并对吸收剂进行微结构设计，增强其阻抗匹配与损耗衰减性能，可促进入射电磁波的多重反射与散射。本文综述了国内外对吸收剂微结构设计及其性能调控的研究进展，分析了微结构设计对吸收剂的损耗机制、最佳反射损耗系数和有效吸收带宽的影响，最后对吸收剂的损耗机制探究、体系筛选与微结构设计的研究方法、以及多功能性吸波材料的未来发展等方面进行了总结与展望。

关键词：电磁波吸收复合吸收剂微结构设计吸收机理

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基于有限元模型的三维随机纤维材料微结构设计

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宇航材料工艺 2021年第3期51卷 25-31页

作者：李大涛郁汶山蒋劲松长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 成都飞机设计研究所强度设计部成都610041

为研究三维随机纤维材料服役环境下的力学性能,提高热防护系统安全服役性能和结构寿命。利用有限元建模软件,建立三维随机纤维材料微结构模型,研究其面内和厚度两个方向的三维随机纤维材料宏观力学性能与几何参数(纤维方向、纤维长度和... 详细信息

为研究三维随机纤维材料服役环境下的力学性能,提高热防护系统安全服役性能和结构寿命。利用有限元建模软件,建立三维随机纤维材料微结构模型,研究其面内和厚度两个方向的三维随机纤维材料宏观力学性能与几何参数(纤维方向、纤维长度和纤维直径)的关系,获得了三维随机纤维材料厚度和面内宏观力学性能演化规律。结果表明:三维随机纤维材料内部偏移纤维比重越大,厚度方向压缩强度就越高,面内方向压缩强度就越低;压缩强度随纤维长度增加呈上升趋势,在0.9 mm左右时达到临界值;压缩强度随纤维直径增加呈下降趋势。该研究结果可为三维随机纤维材料制备提供理论基础。

关键词：热防护系统三维随机纤维材料微结构设计有限元模型几何参数

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金属氧化物基电极材料的微结构设计及超电容性能研究

金属氧化物基电极材料的微结构设计及超电容性能研究

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作者：刘苗苗中国科学院大学

学位级别：博士

超级电容器具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、工作温度范围宽和绿色环保等诸多优点，已广泛应用于电子、能源、通讯、交通、国防等领域。特别是赝电容电容器，与双电层电容相比有着更高的理论比容量和能量密度，已在全球范围... 详细信息

超级电容器具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长、工作温度范围宽和绿色环保等诸多优点，已广泛应用于电子、能源、通讯、交通、国防等领域。特别是赝电容电容器，与双电层电容相比有着更高的理论比容量和能量密度，已在全球范围内引起研究的热潮。然而目前的赝电容材料还存在着成本高、材料利用率低、倍率性能及循环稳定性差等问题。基于上述研究背景，本论文以低成本、高储量的过渡金属氧化物赝电容材料为研究对象，通过构筑金属氧化物与导电基体复合材料，设计合成具有超大比表面积金属氧化物纳米材料，合成金属氧化物基三元复合材料并组装非对称电容器，构建石墨烯/金属氧化物导电三维网络复合薄膜来提高超级电容器电极材料的电容性能。具体的研究内容、方法和结论如下:　　(1)不同比例氧化镍/镍纳米复合材料的制备及其超电容性能研究　　采用简单的氢气还原法制备了不同比例的NiO/Ni纳米复合材料。通过控制氢气还原的时间控制氧化镍和镍的比例。研究发现，随着还原时间的延长，复合物中镍单质的含量不断增加。将不同比例的NiO/Ni纳米复合材料进行循环伏安法(CV)和恒电流充放电测试，探索了电导率对超级电容器性能的影响。结果表明，纯氧化镍和不同比例的NiO/Ni纳米复合材料都显示出稳定的循环性能和优异的倍率性能。其中NiO/Ni40，即在氢气中还原NiO四十分钟得到的复合物，具有最佳的电化学性能，在20Ag-1的高电流密度下可达到760 F g-1，明显高于纯NiO480 F g-1的比容量。此外，NiO/Ni40在4Ag-1的电流密度下循环1000次，比容量保持在816 F g-1，且无衰减，展现出良好的循环稳定性。这项研究证明导电性对超级电容器的性能影响重大，在活性物质中适当的引入金属颗粒可以增加电极材料的导电性，并进一步提高其电化学性能，为后续制备高导电率活性材料提供了一种新思路。　　(2)高比表面海绵状多孔氧化镍的制备及其超电容性能研究　　首次开发一种新型弱碱性NaBH4-EG沉淀剂，并用NaBH4-EG和NaOH-EG沉淀剂分别制备两种氧化镍。研究发现，沉淀剂显著影响氧化镍的形态和结构，NaBH4-EG制备的氧化镍呈球形海绵多孔结构，比表面高达414m2g-1，而NaOH-EG只能制备出块状无规则氧化镍。电化学测试结果表明高比表面海绵状多孔氧化镍在15 Ag-1的高电流密度下可达到930 F g-1，明显高于块状无规则氧化镍510Fg-1的比容量。此外，前者的比电容在4Ag-1的电流密度下循环1000次，比容量保持在1396 F g-1，且无衰减，循环稳定性能十分优异。电极的阻抗测试看出高比表面多孔氧化镍具有更低离子扩散阻力，显示了NaBH4-EG作为碱性沉淀剂的优越性。这项工作证明NaBH4-EG作为新型沉淀剂，可以合成高比表面、高比容量的氧化镍，为其它金属氧化物的制备提供了很好的借鉴。　　(3)新型石墨烯/镍/氧化镍//多孔碳超级电容器的组装及性能研究　　采用加热回流并一步煅烧法成功制备出RGO/Ni/NiO新型三元复合物做正极材料。同时，用活性碳(AC)进一步KOH活化得到多孔碳(PC）做负极材料。正极材料高的导电性加快离子传输速率，负极材料大的比表面积，提供更多吸附电荷的位置。将正负电极组装成非对称电容器，发挥两者协同效应，优化工作电压及正负电极质量比，得到性能最佳的RGO/Ni/NiO//PC非对称电容器:最大的比电容为183.8Fg-1，能量密度为65.3Whkg-1，在功率密度高达8000 Wkg-1时，仍保持42.2 Wh kg-1的能量密度，展现了良好的倍率性能。此外，RGO/Ni/NiO//PC在8Ag-1的电流密度下循环3000次，比容量保持在120 F g-1，且无容量损失，证明具有优越的循环稳定性。这项工作提出了新型三元复合物做正极材料组装非对称电容器的理念。　　(4)四氧化三铁/石墨烯柔性薄膜的制备及其超电容性能研究　　采用简单的液相反应，真空抽滤，热处理三步法构筑了GS/Fe3O4柔性自支撑的复合膜。在复合膜中，石墨烯促进分散成核，提高Fe3O4颗粒的分散性，同时Fe3O4颗粒避免了石墨烯的堆垛和团聚;GS/Fe3O4复合膜提供了三维连续的导电网络，有利于电解液离子的扩散和传输，进一步提高了电化学性能。结果表明，优化的GS/Fe3O4复合膜电极在1 Ag-1的电流密度下比电容为368 F g-1，在5Ag-1的电流密度下循环1000次，容量保持在245 F g-1，展现了优越的电化学性能。这项工作打开了一个新的原位制备石墨烯/氧化物柔性薄膜的思路。　　(5)柔性氮掺杂多孔石墨烯薄膜的制备及其电化学性能研究　　采用模板去除结合水合肼处理的方法制备了新型氮掺杂多孔石墨烯柔性自支撑薄膜。其中去除模板后留下的多孔结构增加了石墨烯薄膜与电解液的有效接触

关键词：电极材料金属氧化物基复合材料制备工艺微结构设计超电容性能

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微机械陀螺的微结构设计与制造工艺研究

微机械陀螺的微结构设计与制造工艺研究

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作者：姚雅红清华大学

学位级别：博士

本论文研究出了我国第一个振动轮式微机械陀螺(MMG)的模型样机。文中重点阐述了微结构设计和制造工艺以及设计与工艺同步改进的过程。\n 1.按照振动形式分类，推导了目前存在的几种主要的MMG结构的动力学方程和灵敏度公式。经过全面... 详细信息

本论文研究出了我国第一个振动轮式微机械陀螺(MMG)的模型样机。文中重点阐述了微结构设计和制造工艺以及设计与工艺同步改进的过程。\n 1.按照振动形式分类，推导了目前存在的几种主要的MMG结构的动力学方程和灵敏度公式。经过全面分析和比较后，选择了振动轮式微结构，并依据制造工艺条件，确定了本MMG的总体方案。进一步依据有限元模态仿真结果，进行了结构参数设计并估算了预期的性能指标。此外，提出了驱动回路的锁相环自激振荡方案和检测回路的力平衡反馈控制方案。\n 2.研究了微结构的制造工艺——体硅溶解薄片法，并分硅片工艺、玻璃片工艺和组合片工艺讨论了整个工艺流程。重点研究了两项工艺专题：高深宽比硅槽的刻蚀和硅——玻璃静电键合。在第一个专题中，探讨了Cl基等离子和F基等离子对硅的刻蚀特性，在代用设备ICP790上探索出了分别用CCl2F2/O2和SF6/O2混和气体刻蚀高深宽比(5：1～7：1)硅槽的技术。在第二个专题中，自建了静电键合台，考察了本系统的温度特性，针对研究结果，改善实验参数，解决了多次流片中出现的键合强度较差和接触电阻较大的问题，并解释了自建系统与正规系统的差异，本键合台与光刻机配合使用，成功地实现了静电键合这一工序。\n 3.

关键词：振动陀螺微机械陀螺微机械加工微结构设计制造工艺

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LA-CVI法制备C/SiC复合材料的微结构设计与性能调控

LA-CVI法制备C/SiC复合材料的微结构设计与性能调控

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作者：王晶西北工业大学

学位级别：博士

化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration, CVI)法具有对纤维造成的损伤小、基体纯度高、工艺设备简单等优点，是连续碳纤维增韧碳化硅复合材料(Continuous Carbon Fiber Reinforced Carbide Composites，C/SiC)产业化的少数几种主要... 详细信息

化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration, CVI)法具有对纤维造成的损伤小、基体纯度高、工艺设备简单等优点，是连续碳纤维增韧碳化硅复合材料(Continuous Carbon Fiber Reinforced Carbide Composites，C/SiC)产业化的少数几种主要制造技术之一。随着新型航空航天技术的发展，为保持构件承受机械载荷和气动载荷条件下的力学性能，CVI法制备构件时面临构件厚度增加(＞4mm)与封闭式结构两大挑战，这对CVI制备过程的渗透能力提出了更高的要求。如何实现厚壁、复杂C/SiC复合材料构件的快速致密化与性能调控，是CVI技术制备高性能复合材料丞待解决的难题。\n 为此，本文以提高C/SiC复合材料的渗透率与强韧化性能为目标，提出了采用飞秒激光辅助CVI(LaserAssistedChemical Vapor Infiltration, LA-CVI)法制备C/SiC复合材料的新思路。通过系统研究飞秒激光对预制体传质通道制备的影响规律，以及传质通道对复合材料沉积速率、密度均匀性、性能等的调控机制，并结合传质模型和相应模拟计算进行验证，以期提高复合材料的渗透率与致密度，调控复合材料强韧性。在此研究基础之上，通过第二相增韧封填预制体传质通道，拓展其功能性。主要研究内容与结果如下：\n (1)研究了飞秒激光加工传质通道时，其扫描方式、加工功率、扫描速度及螺旋线扫描间距对其影响规律，并结合激光作用机理研究，获取了飞秒激光制备传质通道的优化工艺。结果表明：单环线扫描加工方式仅能获得环形沟壑，而螺旋线扫描加工方式可以制备出高质量微孔；当激光加工功率小于4W时，只能制备出盲孔。当激光加工功率高于6W时，能够制备出的传质通道质量较高，但当功率过高的时候，会导致传质通道边缘区域严重氧化；激光加工扫描速度小于600mm/s时，其等效光斑耦合数目增多，且光斑重叠率较大，可获得质量较好的直通孔，扫描速度大于600mm/s时，等效光斑耦合数目会相应减小，加工孔锥度较大；激光加工扫描间距小于6μm时，其光斑耦合率较大，加工区域内受到激光脉冲能量的多次重复作用，可获得高质量通孔，当扫描间距增至15μm时，加工区域内所获取能量会低于材料去除阈值，仅能形成盲孔，而孔入口处直径则基本无改变。\n (2)研究了预制体传质通道对C/SiC复合材料微结构的调控规律，并应用传质演变耦合模型对其进行验证。结果表明：LA-CVI法致密化效果明显，C/SiC复合材料均具有致密带、致密化涂层与SiC颗粒三大典型固有形貌，且致密化涂层的宽度均为100μm左右，并未随传质通道的直径发生任何变化；复合材料的致密度随着传质通道间距的减小，呈现上升的趋势，致密化相对范围越大；复合材料的致密化范围随着传质通道纵向排数的增多而增大，致密均匀化效果显著；初始密度为1.5g/cm3的预制体，介入传质通道制备，其复合材料致密化效果的明显高于初始密度为1.8g/cm3的预制体。\n (3)研究了LA-CVI-C/SiC复合材料的力学性能与断裂失效行为，结合裂纹扩展失效模式与断面结构，分析了传质通道结构对C/SiC复合材料均匀性与力学性能调控机制。结果表明：传质通道直径越小，其强化作用越明显，当传质通道直径大于0.9mm时，强化作用小于应力集中影响，导致弯曲性能下降；传质通道的间距越大，力学性能调控效果越小；当传质通道纵向排布为3排时，复合材料的承载能力与抗弯强度最佳，纵向排布为5排时，因最小净截面的平均应力水平的增加，率先达到材料发生失效损伤水平；初始密度为1.5g/cm3的预制体，介入传质通道制备，单位时间内SiC的有效渗透率高，沉积率较高低，有效承载能力提高；采用优化工艺制备的LA-CVI-C/SiC复合材料，其力学性能较CVI-C/SiC复合材料而言，弯曲强度提高了16.17%；压缩强度提高了13.8%；剪切强度提高了50%，拉伸强度基本不变。\n (4)研究了在LA-CVI-C/SiC复合材料传质通道中封填SiCw/CNTs的复合材料工艺规律与性能调控。采用真空浸渍法结合CVI法制备的LA-CVI-C/SiC+SiCw+SiC复合材料，因为引入了高强度、高热导的SiCw作为第二相，使得复合材料弯曲强度较封填之前提升了13.6%，实现了复合材料的导热性能调控，整体热导率较CVI-C/SiC复合材料热导率提升了4倍；采用真空浸渍法结合CVI法制备的LA-CVI-C/SiC+CNTs+SiC复合材料，高强度、高导电的CNTs弥散于增强纤维与基体之间，实现了LA-CVI-C/CNTs/SiC复合材料弯曲强度较封填之前提升了13.2%，导电性能提升了将近260倍，整体有效热导率遵循复合原理，整体热导率较CVI-C

关键词： C/SiC复合材料微结构设计力学性能热导率导电率 LA-CVI法

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热超构材料微结构设计及热流调控与热驱动研究

热超构材料微结构设计及热流调控与热驱动研究

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作者：吉庆祥哈尔滨工业大学

学位级别：博士

热超构材料通过特殊的人工结构设计呈现出传统材料不具备的超常热学特性，为热流调控和热驱动形变提供了一种新的方案，在热量收集、热隐身、热伪装和热信息等领域具有巨大的应用潜力。热超构材料一般通过调控热流传导路径、改变辐射特... 详细信息

热超构材料通过特殊的人工结构设计呈现出传统材料不具备的超常热学特性，为热流调控和热驱动形变提供了一种新的方案，在热量收集、热隐身、热伪装和热信息等领域具有巨大的应用潜力。热超构材料一般通过调控热流传导路径、改变辐射特性以及热变形状态等方式实现材料的超常特性。制备热超构材料的关键是通过微结构设计实现组分材料天然性能无法满足的非均匀及各向异性等性能要求，同时要求所设计的微结构具有工艺可实现性。为了能够实现特定的功能，热超构材料的微结构在空间分布上具有非均匀分布特征，因此合理选择微结构形式、优化微结构尺寸并且实现微结构的制备都存在很大的挑战。本论文围绕热超构材料的面内热传导热流调控、面外辐射热流调控及结构形变调控等方面开展研究，通过双层材料的微结构设计实现了热隐身功能，利用多层介质微结构设计实现了热伪装等辐射热流调控功能，以及基于双材料梁微结构设计实现了热驱动旋转和伸缩等形变模式调控功能，通过本研究可为热超构材料的制备及工程应用奠定理论基础。　　首先，改进空间转换理论并设计了四面体热隐身斗篷，获得简化的材料参数;将四面体热斗篷设计方法拓展到多面体和曲面体斗篷，建立了任意形状热隐身斗篷的普适性空间转换方案，实现了热隐身等导热热流的调控功能;利用各向同性材料和层状微结构设计了热隐身斗篷，分析了几何形状和热传输时间对其热隐身性能的影响。　　其次，明确超构材料微结构选取原则，设计了十字型微结构，建立了微结构几何参数与其等效热导率的关系;采用拉丁超立方采样方法结合遗传算法对微结构几何参数进行优化，满足了热聚集器对材料参数的需求，并且通过仿真和实验表征了热聚集器良好的热流集中性能;同时在满足超构材料微结构选取原则的前提下，选取谐振环和空心微结构等，均实现了良好的热集中效果。　　然后，利用传递矩阵方法获得了硅基体/碳/硫化锌层状微结构的辐射率，建立了目标体热辐射功率与硫化锌层厚度及目标体温度的关系;通过调控硫化锌层厚度的空间分布，实现了热伪装、热编码、热幻像等辐射热流调控功能。　　最后，利用双层材料梁微结构设计方法对结构形变进行调控，实现了热驱动旋转形变和伸缩形变;通过一种基体材料和不同的激光写入功率实现了不同的材料性质，建立了聚合物材料的热膨胀系数和杨氏模量与激光写入功率的关系;制备了热激励超构材料，通过模拟和实验证实了其热驱动形变的可控性、可逆性和稳健性;分析了热激励超构材料的热-力响应行为，发现其在温度激励下产生很大的驱动力或力矩。

关键词：热超构材料微结构设计热流调控热驱动旋转

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光学超晶格的微结构设计初探及非线性光学效应的研究

光学超晶格的微结构设计初探及非线性光学效应的研究

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作者：秦亦强南京大学

学位级别：博士

该文从理论和实验两个方面、从初级和高级两个研究阶段全成系统研究了光学超晶格中的非线性光学效应,主要包括以下几方面的内容:1.研究了LiTaO3晶体的极化反转特性对纵向极化与横向极化的关系作了初步的研究;2.系统研究了基波衰减情况... 详细信息

该文从理论和实验两个方面、从初级和高级两个研究阶段全成系统研究了光学超晶格中的非线性光学效应,主要包括以下几方面的内容:1.研究了LiTaO3晶体的极化反转特性对纵向极化与横向极化的关系作了初步的研究;2.系统研究了基波衰减情况下与各次谐波之间的耦合振幅方程,比较了基波衰减与小信号近似条件下的各次谐波转换效率.研究了准位相失配对谐波转换效率的影响.研究了耦合系数比与各次谐波转换效率的关系;3.从理论和实验两方面首次系统地研究了推广的Fibonacci结构的激光变频效应,推导出有效非线性系数的一般表达式并与数值Fourier变换的结果进行了比较;4.研究了三组元Fibonacci结构中的激光变频效应,计算了准位相匹配条件下的二次、三次谐波输出;5.从耦合参量过程的微结构设计原理出发,首欠提出了复合准位相匹配理论,提出了在周期--周期、周期--准周期混合结构中产生高效高次谐波的新思路,发现了新的消光现象,发现了倒格矢耦合过程中多重组合的简并现象,为制备在任意其波波长产生高效三次谐波的谐波发生器提供了理论基础.为新的微结构材料的制备和设计作了有益的探索.并且成功地制备出周期--周期、周期、准周期光学超晶格;6.研究了波矢失配(位相失配)条件下光学超晶格中的非线性光学效应.

关键词：光学超晶格非线性光学效应微结构设计

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刚玉—莫来石耐火材料微结构设计及其与镍基高温合金作用机理

刚玉—莫来石耐火材料微结构设计及其与镍基高温合金作用机理

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作者：王海路武汉科技大学

学位级别：博士

目前,由于高温合金涉及国家战略性产业,美国、日本等发达国家熔炼高温合金用的耐火材料和熔炼工艺都处于保密状态。真空感应熔炼法作为合金熔炼的第一步,也是冶炼高温合金的最基本工艺,高温合金熔炼时需盛装在坩埚耐火材料中。高温低压... 详细信息

目前,由于高温合金涉及国家战略性产业,美国、日本等发达国家熔炼高温合金用的耐火材料和熔炼工艺都处于保密状态。真空感应熔炼法作为合金熔炼的第一步,也是冶炼高温合金的最基本工艺,高温合金熔炼时需盛装在坩埚耐火材料中。高温低压服役过程中坩埚耐火材料的分解、溶解以及与高温合金元素反应导致合金的纯净度降低进而影响合金性能。并且高温合金从等轴晶、柱状晶向单晶方向发展,对合金的洁净度以及耐火材料提出更高的要求。发达国家和中国现用熔炼镍基高温的坩埚多为刚玉-莫来石耐火材料,但国产坩埚因抗侵蚀和抗热震等性能较差导致其中的非金属氧化物进入合金熔体,为此需要对其结构进行优化设计以降低对镍基高温合金的影响。为此,本论文针对目前镍基高温合金熔炼用刚玉-莫来石耐火材料所存在的问题,对刚玉-莫来石耐火材料进行微结构优化设计及其与镍基高温合金作用机理进行分析研究。通过热力学计算、数值模拟以及抗镍基高温合金熔体侵蚀实验,明确刚玉-莫来石耐火材料熔炼高温合金过程中的损毁和侵蚀机理;基于Dinger-Funk方程和不同原料的烧成线变化率对原料配比进行优化调整,提高骨料与基质间界面的致密性;对刚玉-莫来石耐火材料的界面/表面结构进行优化,提高刚玉-莫来石耐火材料的抗侵蚀性能;优化骨料与基质界面结构和基质结构,降低骨料与基质间因热失配产生的热应力;将本课题制备的改良坩埚进行工业实践应用,分析改良坩埚的实际服役状况。通过上述研究,取得了如下的研究结论: （1）刚玉-莫来石耐火材料熔炼高温合金过程中的损毁和侵蚀机理:刚玉-莫来石材料熔炼镍基高温合金过程中三氧化二铝较为稳定,莫来石在高温下会被金属还原,生成单质硅进入到高温合金熔体中,与合金被氧化后生成的氧化物在高温下形成熔渣;气孔弥散分布在材料中时存在部分气孔与气孔间的材料较窄,导致出现较大的热应力;坩埚的底部为球形时是较优设计结构,热应力较小;显气孔率较低的刚玉-莫来石耐火材料与镍基高温合金熔体间的接触角较大;刚玉-莫来石坩埚在熔炼镍基高温合金过程中所受到的侵蚀包括物理侵蚀（热震损伤和粘连剥落）和化学侵蚀（莫来石中二氧化硅被还原、刚玉和莫来石与镍基高温合金被氧化生成的金属氧化物形成熔渣）。（2）耐火材料中骨料与基质间界面的结构优化:选用原料的粒径及添加量的粒度分布符合Dinger-Funk最紧密堆积模型;分布模数为0.20的方案的生坯具有较高密度,制备的样品经1400℃及以上基质反应完全,热处理温度较高时会因为骨料和基质间的线膨胀率不同而在两者间产生间隙;与骨料烧成线变化率较为接近的是红柱石+三氧化二铝微粉组合,红柱石的添加量为4 wt.%是较优方案,提高了骨料与基质间界面的致密性。（3）刚玉-莫来石耐火材料的表面结构优化:以铝溶胶作为结合剂制备的刚玉-莫来石耐火材料表面较为致密,引入0.2 wt.%V2O5可进一步提高刚玉-莫来石耐火材料表面的致密度;溶胶结合和在铝溶胶中进行真空浸渍降低显气孔率可以增大刚玉-莫来石耐火材料与镍基高温合金熔体间的接触角;选用铝溶胶作为结合剂添加助烧剂V2O5所制备的刚玉-莫来石耐火材料的抗镍基高温合金熔体侵蚀性能较优;进行溶胶浸渍后试样在熔炼镍基高温合金后的表面保留较好的完整性,经铝溶胶浸渍4次制备试样的侵蚀深度相较于以PVA结合试样降低21.32%。（4）耐火材料中骨料与基质间的热失配调控:添加莫来石包覆白刚玉骨料后在白刚玉颗粒与基质间有一层硅含量较高的莫来石层,可降低两者间的热失配;增加纳米氧化锆溶胶的添加量使试样的抗热震性能提高、强度降低,氧化锆在试样的基质中呈弥散分布;氧化锆短切纤维的添加量为0.4 wt.%,热处理温度为1550℃和1600℃的试样具有较好的强度;热震后试样的抗折强度保持率与显气孔率增长率具有负相关性。通过引入包覆骨料和不同维度氧化锆,均可有效控制的刚玉-莫来石耐火材料中骨料与基质间的热失配。（5）改良坩埚的实际服役状况:本工作制备的改良坩埚相较于现用坩埚体积密度高、显气孔率低、强度高,莫来石含量低;改良坩埚不粘连高温合金熔体,改良坩埚与镍基高温合金熔体的接触角较大;在相同的工艺条件下,改良坩埚的抗热震性能和抗镍基高温合金熔体侵蚀性能优于现用坩埚。

关键词：刚玉-莫来石坩埚镍基高温合金微结构设计抗侵蚀性能热失配

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