评述了近10年来国内外在多孔NiTi形状记忆合金研究和应用方面的最新进展,主要内容包括:(1)近年来多孔镍钛(NiTi)形状记忆合金的发展、微观结构特点、力学性能和功能性;(2)当前制备多孔NiTi形状记忆合金的主要方法以及优缺点;(3)多孔NiTi形状记忆合金的相变和超弹性行为,以及与致密合金的比较,最后,简要介绍了多孔NiTi形状记忆合金在生物医学领域作为人体硬组织植入和修复材料,以及智能结构和阻尼器件等方面的研究和应用前景,探讨了今后多孔NiTi形状记忆合金的研究重点.

用超声电沉积与离子交换相结合的方法在碳/碳复合材料表面制备含氟磷灰石(FHA)生物活性涂层,研究了离子交换时间和氟化钠浓度对含氟磷灰石(FHA)生物活性涂层的形貌、结构和组成的影响,结果表明:离子交换后的涂层是羟基磷灰石(HA)和含氟磷灰石(FHA)混合物,离子交换前后其表面形貌均呈片状晶体,随着离子交换时间的延长或氟化钠浓度的增加,HA含量降低,FHA含量升高,涂层的晶粒尺寸和致密性均发生变化,离子交换后其涂层与基体的结合强度略有增强,其原因是FHA的热膨胀系数与碳/碳复合材料基体更为匹配,涂层的残余应力减小。

使用空间综合辐照设备对Kapton/Al薄膜进行了电子辐照的地面模拟实验,研究了Kapton薄膜的表面形貌、光学性能变化和辐照损伤机制,结果表明,辐照使Kapton薄膜表面发生了明显的充放电效应;在500-1000nm波长区间光谱反射系数明显降低,太阳吸收比随着电子辐照剂量的增加而增高;在辐照过程中Kapton薄膜发生酰亚胺基团的破坏、羰基和桥氧键的断裂以及O在N~+逸出空位处的替换,并有较复杂的新结构生成.

采用放电等离子烧结技术制备了致密纳米晶SmCo_(6.6)Nb_(0.4)烧结磁体,研究了磁体的结构和磁性能,结果表明,烧结磁体具有TbCu_7结构,说明通过SPS过程可以获得稳定的1:7相;磁体由平均晶粒尺寸约为30 nm的1:7相构成,磁体的室温矫顽力高达2.8 T,而剩磁比高达0.74,说明在纳米晶之间存在强烈的晶间交换耦合作用.烧结磁体具有良好的高温性能,773 K时的矫顽力为0.48 T,矫顽力温度系数β为-0.169%/K.

研究了2524铝合金自然时效和高温短时间时效组织的热稳定性.结果表明,2524铝合金自然时效试样的抗拉强度在热暴露过程中有较大的提高,而高温短时人工时效的试样强度几乎不变.2524铝合金自然时效态试样在热暴露中析出S'相的速度较快、数量较多,而高温短时人工时效态试样S'相的析出速度较慢、数量较少.2524铝合金高温短时间人工时效合金中形成的GPB区尺寸大于自然时效合金中的GPB区.而在热暴露过程中尺寸较大的GPB区比尺寸较小的GPB区较难回溶,因此高温短时人工时效获得的GPB组织比自然时效获得的GPB区稳定性更高.

用水相共沉淀法制备了超顺磁的Fe_3O_4纳米粒子,并通过Michael加成将2-(甲基丙烯酰氧基)乙基-2-(三甲基氨基)乙基磷酸酯(MPC)共价键合到氨基化的Fe_3O_4纳米粒子表面.与未修饰MPC的Fe_3O_4纳米粒子相比,修饰了MPC的纳米粒子能大大减少蛋白质的非特异性吸附,延长了复钙化凝血时间,并具有良好的生物相容性.

将共析钢在600-700℃的过冷奥氏体状态下进行单轴热压缩,获得了亚微米级别等轴铁素体+纳米级别弥散分布球化渗碳体的复相组织,其组织演变经历动态相变、片层渗碳体球化、铁素体动态再结晶和纳米级别渗碳体颗粒析出等过程.随着形变温度的降低,过冷度增加,相变动力学过程加快.片层渗碳体的球化程度由球化时间和球化速度控制,形变温度升高使渗碳体球化速度加快,但是相变开始时间及动力学延迟使得用于渗碳体球化和熟化的时间相应缩短,导致球化程度降低.铁素体再结晶和等轴化过程则主要受位错迁移、渗碳体颗粒钉扎的影响,形变温度升高导致较高的等轴化发展速度.

用裂纹与位错的相互作用模拟了刃型位错从Ⅰ型裂纹尖端沿多个滑移面的发射,得到了裂纹尖端周围塑性区和无位错区的形状和大小.结果表明,与宏观断裂力学算出的塑性区形状相比,本文给出的塑性区向裂纹前方倾斜;无位错区的形状与塑性区的相似.以应变能密度因子理论为判据,当存在明显的无位错区时,塑性区使裂纹扩展的潜力下降,但扩展方向不变;而当塑性区充分发展、无位错区的作用减小或消失后,裂纹扩展的方向可能发生变化.

提出一种在ITO玻璃上电化学沉积制备单分散近球形硫化镉粒子的新方法.在S-CdCl_2-DMSO电沉积体系中加入少量的水制备出单分散膜层,调节沉积电流,电沉积时间或Cd~(2+)浓度可以改变膜层的粒子分布密度.结果表明,在电沉积的整个ITO玻璃表面上均分布有硫化镉沉积,且不同厚度膜层上的沉积其S与Cd的原子比不同.在电沉积硫化镉膜层上蒸镀铜酞菁制备出p-n异质结,其Ⅰ-Ⅴ特性表明,单分散近球形硫化镉膜层载流子的传输由带导电控制机制向跳跃导电控制机制转变.

用离子束溅射和后退火工艺制备了一种适用于微测辐射热探测器热敏材料的新型纳米结构二氧化钒(VO_2)薄膜材料,薄膜具有平均粒度8 nm,在半导体相区具有电阻温度系数(TCR)为-7%/K,性能高于传统的VO_2材料(平均粒度为1-2μm,在半导体相区具有TCR约为-2%/K).基于纳米结构的VO_2薄膜材料的器件比基于传统的VO_2薄膜材料具有更高的性能,而两者的噪声基本相当.

基于体视学和几何概率理论给出了引气混凝土三维气泡尺寸重构方法,由二维平面上气泡截面圆的直径分布计算气孔的实际尺寸分布,并生成了一个多尺度分布的立方体模型结构验证了该三维重构方法的合理性.然后,使用邻近粒子表面最近间距的解析解研究了气泡细度和混凝土含气量对邻近气泡表面最近间距平均值的影响,并与用传统方法得到的气泡间距因子进行了比较.结果表明,在含气量相同的条件下,用传统方法得到的气泡间距因子是邻近气泡表面最近间距平均值的3—4倍.该方法的给出,为从二维截面上获得的引气混凝土中的气泡截面圆信息获取实际气泡在三维空间中的气泡间距信息提供了依据.

基于激光喷丸机理,提出了板料激光喷丸变形的小挠度纯弯曲变形理论.以外弯矩替代激光喷丸后的残余应力层,把激光喷丸板料变形过程等价为平板的纯弯曲问题,推导出激光喷丸后板料的变形曲率估算式,建立了板料变形曲率半径与残余应力层深度、残余应力的大小及分布和材料性能之间的关系模型.在此基础上对激光喷丸板料成典型的"∧"形过程进行了理论分析和实验研究,取得了一致的结果.

使用超高真空离子束辅助沉积系统(IBAD)制备一系列具有纳米调制周期的ZrN/TiAlN多层膜,研究了离子辅助轰击对薄膜性能的影响.结果表明:离子辅助轰击使大部分ZrN/TiAlN多层膜的纳米硬度和弹性模量值高于两种个体材料硬度的平均值;离子的轰击和薄膜表面原子与轰击离子之间的动量传输提高了薄膜的致密度;当轰击能量为200 eV时,多层膜的硬度最高(30.6 GPa),弹性模量、表面粗糙度和摩擦系数等也明显改善.

研究了微波场对晶化的影响.结果表明,将非晶合金Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9在微波场作用下在480℃短时间(5 min)晶化处理,形成体积分数为80%、尺寸约15nm的α-Fe(Si)相;适当延长晶化时间(30 min)使非晶合金完全晶化,α-Fe(Si)相的晶粒不再长大,原子层之间的距离降低至0.2461 nm,磁体具有最大M_s为1.79 T.与激光、激波、脉冲电场和脉冲磁场晶化处理相比,微波场晶化处理可同时获得单一的、更小晶粒尺寸和更高体积分数的α-Fe(Si)晶化相,使合金具有高的饱和磁化强度和优良的软磁性能.微波场有利于非晶合金中的硼原子向空位跃迁,使基体金属相α-Fe(Si)相的形核率增大,促进非晶合金的纳米晶化.

以柠檬酸为络合剂、钛酸丁酯为前驱体,制备了Er~(3+)掺杂浓度(摩尔分数)为0.1%-5.0%的(Er,Y)_2Ti_2O_7 (EYTO)粉末.在700℃烧结EYTO粉末中EYTO相的晶化不完全,随着烧结温度的升高晶化程度显著提高,-OH基团的含量逐渐减少;在1000℃烧结,得到结晶完全且不含-OH基团的EYTO相.不完全晶化的EYTO相的PL谱为半高宽112 nm的单一宽峰,结晶完全的EYTO相其PL谱为发生Stark分裂的分立发光峰.随着烧结温度的升高EYTO粉末的PL强度和荧光寿命连续提高,归因于粉末中-OH基团的逐步脱除和EYTO相晶化程度的提高;Er~(3+)浓度在0.1%-1.5%区间均呈现上升趋势,源于EYTO相为Er~(3+)提供了均匀分散;Er~(3+)浓度为1.5%时均达到最大值、荧光寿命为20.9 ms.当Er~(3+)浓度超过1.5%时,Er~(3+)-Er~(3+)间的交互作用增强导致1.53μm的PL强度和荧光寿命持续下降.

用热压成型法制备CaCO_3晶须和聚四氟乙烯(PTFE)填充的聚醚醚酮(PEEK)自润滑复合材料,研究了干摩擦条件下复合材料和45#钢环配副的摩擦磨损性能,并与纯PEEK进行了比较.结果表明:CaCO_3晶须和PTFE明显改善了PEEK复合材料的减摩、耐磨和承载性能,其摩擦系数比纯PEEK降低约1/2,耐磨性提高27倍;摩擦稳定性显著提高,极限承载能力比纯PEEK提高1倍以上.CaCO_3晶须降低了复合材料摩擦表面粘着、犁削和热变形,PTFE有助于复合材料在偶件表面形成连续、均匀的转移膜.PEEK自润滑复合材料的磨损机制主要是轻微的粘着和疲劳磨损.

以正硅酸乙酯(TEOS)、磷酸三乙酯(TEP)、四水硝酸钙为无机前驱体,采用溶胶凝胶法原位复合聚乙烯醇(PVA)制备钙磷硅生物玻璃,研究了工艺流程、无机相前驱体的水解时间及模板的使用等对生物玻璃性能的影响.结果表明,在生物玻璃的原位复合中PVA模板与钙磷硅前驱体混合的工艺顺序不同,则样品的韧性不同.600℃热处理去除有机模板得到的生物的玻璃粉体表现出较高的比表面积和较大的中孔体积,在体外生理模拟液中浸泡7 d后矿化形成的活性碳酸钙与羟基磷灰石(HAP)微晶具有较高的生物活性.

制备纳米粒子Al_2O_3填充改性的聚甲醛(POM)纳米复合材料,在干摩擦和油润滑条件下研究了纳米粒子的加入对POM纳米复合材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:尽管POM/Al_2O_3纳米复合材料的干摩擦性能有所下降,但是油润滑性能得到了大幅度的提高,且当纳米Al_2O_3的含量为9%时,油润滑性能达到最佳.润滑油的存在提高了纳米粒子的活动性,并且纳米粒子的表面活性可以填平磨痕并增强转移膜与对偶面的粘结强度.

用微束等离子喷涂在TiAl6V4基体上制备羟基磷灰石涂层,研究了喷涂电流、喷涂距离和气流量等参数对其显微结构和结晶度的影响.结果表明,通过调整喷涂工艺参数可获得三类不同结构的涂层.第一类结构含有大量未融化HA颗粒,第二类结构呈典型层状且具有强织构,第三类结构层状结构不明显.前两种结构的结晶度较高,第三类结构的结晶度较低.由二和三类结构复合而成的梯度涂层,能够适应植入体涂层快速形成类骨磷灰石和保持稳定性的双重要求.

研究了TiC/NiCrMoAlTi金属陶瓷、TiC/NiMo金属陶瓷和钢结TiC硬质合金的磨损行为,结果表明:在平稳加载条件下,金属陶瓷的耐磨性优于钢结TiC硬质合金;而在冲击载荷条件下,钢结硬质合金的室温耐磨性优于金属陶瓷,但在高温下金属陶瓷的耐磨性又转为优于钢结硬质合金.与室温相比TiC/NiCrMoAlTi和TiC/NiMo的耐磨性分别提高31%和79%,而钢结TiC硬质合金则下降52%.初步分析了不同粘结相的TiC增强复合材料的磨损机制以及加载率和温度对磨损行为的影响.TiC增强复合材料的磨损行为与其使役条件密切相关.

在高温高压条件下在hBN-Li_3N-B体系中合成黑色立方氮化硼,研究了添加B的影响.结果表明,在合成的富硼cBN晶体中,没有其它杂质;体系中加入B使合成出的晶体晶形相更完整.过量的B进入晶体是晶体颜色由黄色变成黑色主要原因,硼的进入抑制了cBN晶体沿〈111〉方向生长而有利于沿〈100〉方向生长,由原来的板状晶体变成类八面体状或类球形晶体.用掺B的方法合成的黑色晶体比未掺B的黄色晶体具有更小的残余应力,破碎强度更高.