连续纤维增强NiAl基复合材料是一类极具应用前景的高温结构材料.本文对Al2O3(f)/NiAl复合材料的工艺、界面结合状况、改善措施及Al2O3纤维的拉伸性能进行了评述.在已开发的最具代表性的各种工艺(扩散结合法,压力铸造,定向/悬浮区域熔炼)中,扩散结合法中的磁控溅射法对Al2O3纤维的损伤最少.在不同工艺过程中引入杂质使Al2O3(f)/NiAl复合材料的界面变得复杂,以及NiAl与Al2O3纤维的热膨胀系数(CTE)不匹配(NiAl CTE=16 ×10-5 ℃-1,Al2O3 fiberCTE=9.4×10-6 ℃-1),要求对复合材料的界面进行改性,而BN涂层对界面改性十分有效.关于Al2O3(f)/NiAl复合材料的力学性能,大多数的研究集中在Al2O3纤维的拉伸强度以及复合材料制备过程中Al2O3纤维强度的退化.对Al2O3(f)/NiAl复合材料的发展方向及前景进行了展望.

天然植物纤维具有价廉质轻、比强度高和自然降解等优良特性,其与生物降解树脂进行复合,能开发出环境友好、可自然降解的绿色复合材料.本文评述了该领域的研究进展,重点是竹纤维、各种麻纤维以及甘蔗渣纤维等天然纤维与不同的生物降解树脂的绿色复合材料的制备,不同成型方法的探讨,材料各种力学性能的分析比较,以及为了增强材料的力学性能而进行的纤维改性,并展望了绿色复合材料的未来的研究趋势.

通过机械合金化法获得Bi0.85Sb0.15纳米晶粉末材料,在常温下冷压成型并分别在不同温度下进行高压处理,制备出块状样品.X-ray衍射实验证实已形成了Bi0.85Sb0.15单相合金.测量了样品在80～300 K温区的Seebeck系数和电导率,计算出材料的功率因子与温度的关系.在523 K 6 GPa下压制30 min的样品,其Seebeck系数在150 K达到-173μV/K,比同温度下单晶材料样品的Seebeck高大约60%,功率因子在200 K达到3.27×10-3 W/m·K2,表明高压处理可以有效改善材料热电性能.高分辨电镜分析发现材料中存在均匀分布的小于5 nm的"纳米点","纳米点"的存在导致材料Seebeck系数在低温显著提高.

通过固溶水淬处理抑制γ'相析出,获得单一γ相组织,研究了磷对GH761合金基体γ相的强化作用及其机制.结果表明,磷对合金的晶粒组织没有显著影响,但是使GH761合金基体γ相的室温和650℃拉伸屈服强度和室温硬度提高.磷对基体变形过程中的位错运动具有明显的影响,低磷含量时滑移线平直;磷含量升高使滑移线弯曲并互相缠结.磷提高合金基体的强度,阻碍晶粒变形,是其降低合金蠕变速率的重要原因.

采用熔融硅液相浸渍法制备了C/C-SiC复合材料,反应生成的SiC主要分布在层间孔和束间孔碳基体表面,少量分布在束内孔.1600℃渗硅2 h,硅化深度约为2～4 μm.由于液态硅与碳之间的润湿性很好,在碳基体表面形成了连续的SiC层,局部有粗大的多面碳化硅颗粒生成;讨论了细晶粒连续SiC层和SiC粗晶粒形成机理.由于SiC的加入,材料的抗氧化性能得到明显改善.

用硅烷偶联剂(SCA)处理粗骨料,用分光光度法、接触角测定仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析SCA与花岗岩表面的结合形式及其影响因素.结果表明,在常温下SCA与花岗岩表面可形成较强结合,包括化学键合.对花岗岩/SCA/水泥浆界面层的扫描电镜观测结果表明,水解SCA的羟基和间断分布的有机基团是界面结合增强的主要原因.

用电弧离子镀方法在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面制备Ti0.7Al0.3N涂层,研究了涂层在450℃空气中恒温氧化行为和在固态NaCl和水蒸气综合作用下的腐蚀行为.结果表明:Ti0.7Al0.3N涂层在空气中均具有优良的抗氧化能力,而不锈钢在固态NaCl和水蒸气综合作用下的腐蚀严重,施加Ti0.7Al0.3N涂层显著地提高了不锈钢基体的抗腐蚀性能.1Cr11Ni2W2MoV不锈钢由于生成内层富Cr,外层富Fe的疏松氧化物,其在固态NaCl和水蒸气综合作用下发生严重的腐蚀,而Ti0.7Al0.3N涂层生成致密的Al2O3和TiO2的混合物,使其具有良好的抗氧化和腐蚀性能.

制备ZL201合金半固态坯料、将其二次加热、触变模锻成形以及成形件热处理,研究了工艺条件对成形件的组织和力学性能的影响.结果表明:采用近液相线半连续铸造技术制备的ZL201合金半固态坯料微观组织为大量细小的等轴晶和少量短程枝晶;在适当的工艺条件(在640℃保温5 min,模具温度250～300℃,留模时间10～15 s)下可触变成形出表面光洁的ZL201合金成形件;经过T5处理后,ZL201合金的抗拉强度达到278 MPa,延伸率达到9%,大大高于压铸成形件的性能,其强化相为CuAl2和TiAl3.由于成形速度高,溶体高速充型,造成成形件气孔率高,使ZL201合金半固态压铸成形的组织致密度不如半固态模锻成形件,这是半固态压铸件强度低、模锻件强度高的主要原因.

用生物矿化交替沉积法成功在CS基质膜表面构建HA涂层,并进行了表征.结果表明,HA含量随着沉积循环数增加而增加,且在4个循环后基本达到饱和,饱和含量为8.8%;随着沉积循环数增加HA由均一颗粒状转变为无规则平板状;拉伸强度由纯CS膜的68.6 MPa降低到沉积5个循环后的46.9 MPa.控制沉积数可调控HA的含量、形貌和力学强度,以满足引导组织再生术需要.

根据四步编织法的纱线运动规律及实验观察,结合纱线截面的挤压变形,提出了用数值元分离连续纱线确定其空间形态的方法.借助VC++及SolidWorks软件的参数化图形建模特点,建立了能模拟各种编织参数预制体孔隙实体,计算孔隙体积及其表面积的软件系统.对编织角为25°和35°,主体纱数为2×4和3×3,纤维体积分数为30%和40%的预制体孔隙进行了模拟和计算.结果表明,在其它参数不变的情况下,随着编织角或纤维体积分数的增大,纱线间孔隙的总体积和表面积减小,单位体积表面积增加;预制体孔隙模拟值与体积理论值的相对误差低于5%.孔隙模拟实体清晰地反映了一个组织循环内孔隙的分布和形状随参数变化而改变的形貌.

将TiO2光催化剂固化在高压绝缘子表面形成无机防污闪薄膜,用XRD、UV-Vis、FT-IR和SEM表征和测试了薄膜的结构和光催化活性,比较了高压绝缘子涂覆光催化薄膜前后电气性能的变化和实挂的积污情况.结果表明,镀膜后的绝缘子电气性能变化不大,挂网6个月后样品表面的灰密值为镀膜前的1/35.在满足电气性能的前提下,镀膜后的绝缘子具有良好的光自洁能力和防污闪性能.

用电子束反应蒸镀法在低温生长了Zn1-xCoxO薄膜.Co含量x高达0.33的Zn1-xCoxO薄膜仍具有类ZnO的纤锌矿结构,没有杂质相,Co的化合价为+2.场冷和零场冷M-T及M-H曲线表明,Zn1-xCoxO(x=0.33)薄膜在低温下具有铁磁性;随着温度的升高,其剩磁和矫顽力均逐渐下降,在65 K以上趋于零,显示出超顺磁性.Zn1xCoxO薄膜的低温铁磁性起源于Co2+离子之间的双交换相互作用及载流子诱导的sP d交换耦合作用,而从低温(＜65 K)铁磁态到高温(＞65 K)超顺磁态的转变可归因于薄膜的纳米晶小尺寸效应.

将聚碳硅烷(PCS)纤维在环己烯气氛中进行化学气相交联不熔化处理,其氧含量比空气不熔化处理大大降低,组成和结构也发生了变化,气体副产物中存在环己烷和小分子硅烷.在环己烯气氛中,随着温度的升高,PCS分子的Si-H键的反应程度逐渐提高,纤维的凝胶含量逐渐增大.环己烯受热引发PCS分子中的Si-H和Si-CH3键断裂生成Si自由基和Si-CH2自由基,促进PCS分子间形成Si-CH2-Si交联结构;同时,环己烷作为侧基引入到PCS分子结构中,使纤维的碳含量随之增高.随着反应温度的升高,部分环己烷侧基和少量小分子硅烷会从PCS分子主链脱出.

采用温楔横轧方法制备出表层具有超微细复相组织的高碳珠光体钢棒件,研究了珠光体组织在温变形过程中的演变.结果表明,珠光体组织中的渗碳体片层主要以弯曲扭折的形式协调塑性变形,表现出较强的塑性变形能力;剧烈塑性变形促进了渗碳体片层的球化,表层球化完全的渗碳体颗粒粒径均小于0.2μm;温楔横轧后铁素体基体发生了动态连续再结晶,等轴铁素体平均晶粒尺寸为0.3～0.4 μm,0.5R处和心部的渗碳体球化不完全,铁素体再结晶也不完全;铁素体晶粒的超细化和渗碳体片层的球化明显改善高碳珠光体钢棒件的塑性,温变形过程中应变、应变速率及温度分布的不均匀是引起组织性能差异的根本原因.

研究了Cr掺杂对钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3,BST)陶瓷的介电及其可调性能的影响.结果表明,少量的Cr可进入BST品格形成固溶体,并促进晶粒生长.当Cr掺杂量(摩尔分数)低于1.0%时,陶瓷的介电损耗急剧降低,调谐率明显提高,综合性能显著改善,其中Cr掺杂0.6%的BST陶瓷具有最佳的综合性能,其在1MHz下的介电损耗为0.0005,品质因子(FoM)达到500,而未掺杂样品的FoM值仅为60.Cr掺杂陶瓷损耗的急剧降低可归因于Cr3+离子的还原和Cr3+、Cr2+受主行为中和了氧空位的施主行为.

采用硝磷酸(NP)背表面刻蚀工艺并结合真空共蒸发法分别沉积了几种背接触层材料,研究了NP腐蚀对CdTe薄膜性能及背接触层的影响.结果表明:NP腐蚀后在CdTe薄膜上产生了富碲层;退火后,碲容易与背接触材料中的铜反应生成CuxTe.通过严格控制和优化腐蚀工艺,选择ZnTe/ZnTe:Cu作为背接触层材料,可制备出优异性能的CdTe太阳电池.

用反萃界面沉淀法,以氨水为反萃剂,通过优化煅烧温度和反萃条件制备出超细TiO2光催化剂.结果表明,采用反萃沉淀法制备超细TiO2光催化剂,改变煅烧温度和水油相加入的方式、降低氨水的浓度、制备温度和陈化时间等因素均有显著的影响.用氨水反萃制备纳米TiO2其最佳煅烧温度为350℃,氨水的浓度和陈化温度存在最佳值.氨水浓度(体积比)为1:5,陈化温度为17.5℃有利于生成小颗粒;陈化时间较短和将水相加入油相有利于生成小颗粒.

用AFM表征了络合锌的谷胱甘肽与三氧化钨溶胶掺铂晶化薄膜的表面分子结构,结果表明:络合锌的谷胱甘肽的分子为七连环状结构,七连环上的两个离子或离子基团与两条长链相连,一个离子或离子基团与一条短链相连;这解释了谷胱甘肽与Zn2+、Fe3+等过渡金属离子络合并使其被螯离,消除了其氧化性,从而提高了谷胱甘肽的抗氧化性.三氧化钨溶胶掺铂薄膜经460℃热处理后晶化,其元胞为正六面体,内含一个WO6八面体,氧离子位居六个面心,钨离子处于体心,自然生长面为002面,晶格常数为(0.75±0.05)nm,氧离子的间距为(0.55±0.05)nm.解释了谷胱甘肽与Zn2+、Fe3+等过渡金属离子络合并使其被螯离,从而消除了其氧化性,以及掺杂一定含量的铂后改善了三氧化钨溶胶的氢敏特性的机理.

采用熔融玻璃净化配合循环过热使Ni-32.5%Sn(质量分数)共晶合金实现了深过冷快速凝固.当过冷度大于某一临界值时,非规则共晶在凝固组织中出现.随着过冷度的提高,最终得到完全的非规则共晶组织.通过分析Ni-Sn共晶合金中各相形核、生长、以及枝晶熔断机制随过冷度的变化,解释了非规则共晶的形成机制.在深过冷条件下熔体中初生相率先形核并长入过冷熔体中,形成枝晶骨架,再辉重熔后次生相从残余熔体中析出并包围初生相,形成非规则共晶.

利用电磁场对金属材料产生的"场致效应",调节摩擦焊接表面的温度场,以改善异种金属摩擦焊接组织及性能.研究了外加电磁场对W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊缝显微组织、合金元素扩散及焊接接头力学性能的影响.结果表明,摩擦加热阶段施加电磁场使45钢近缝区铁素体的数量减少;而在顶锻阶段施加电磁场,使45钢侧铁素体数量有所增多.同时,在顶锻阶段施加电磁场作用时,主要合金元素C、Cr、W的扩散区宽度明显增大.在顶锻阶段采用较短的电磁场施加时间和较低的感应电流强度,可以提高W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊接头的抗拉强度.

采用聚合物互穿技术与原位插层聚合相结合的方法制备了有机蒙脱土修饰的环氧树脂/聚氨酯互穿网络纳米复合材料.傅立叶红外光谱,X射线衍射及透射电镜分析表明剥离或插层的蒙脱土片层表面羟基能与环氧树脂/聚氨酯基体发生交联反应,并且均匀分散在环氧树脂/聚氨酯基体中.力学性能测试结果表明聚氨酯,蒙脱土的加入同时增加了环氧树脂的拉伸强度和断裂韧性.扫描电镜分析表明聚氨酯和蒙脱土协同增韧增强环氧树脂的主要原因为剪切屈服和微裂纹增韧.