用环压缩法测量等离子喷涂NiCr涂层的弹性模量

用环压缩法测量等离子喷涂NiCr涂层的弹性模量,并将测量结果与单纯拉伸法测量得到的NiCr涂层两个典型方向的弹性模量进行比较。结果表明:测量结果与文献报道的结果相当,表明环压缩法是测量涂层弹性模量的简便可行的方法。通过该方法测量得到的涂层弹性模量介于通过单纯拉伸测量得到的平行于涂层方向与垂直于涂层方向的弹性模量之间,说明环压缩法测量得到的涂层弹性模量为两个方向的综合表现。     

基于无网格方法的涂层接触问题研究

建立了含有表面织构的涂层的接触力学模型,将无网格理论与求解接触问题的线性规划方法相结合对模型进行了数值求解. 研究了涂层的材料、厚度及表面织构对接触压力和涂层-基体系统应力状态的影响. 结果表明:随着涂层与基体弹性模量比(E_c/E_s)增大,沿对称轴在涂层和基体界面处的应力梯度逐渐增大. 随着涂层厚度的增加,界面处应力梯度先增大后减小. 弹性模量比和涂层厚度对界面处的剪应力和Mises应力也有很大的影响. 减小表面织构间的间距能够降低涂层和基体内的最大Mises应力.      

等离子喷涂制备铁基非晶-纳米复合涂层

以一种多元素铁基非晶合金粉末(含C,si,B,Cr,W,Mo,Ni,Fe等)作为喷涂材料,用大气等离子喷涂在316L不锈钢基体上制备涂层.用X射线衍射仪检测涂层的晶型结构,扫描电镜观察涂层的形貌,透射电镜观察涂层的微观组织结构,显微硬度仪测量涂层的显微硬度,纳米压痕仪测量涂层的硬度及弹性模量,并用谢乐公式计算了晶粒尺寸.结果表明:所制备的涂层均匀致密,与基体结合良好;涂层含有非晶和纳米颗粒;这种非晶-纳米复合涂层具有很高的硬度和弹性模量.     

钛合金涂层力学性能纳米压痕测试研究

通过纳米压痕测试技术对三种采用化学镀方法制备的钛合金抗微动涂层基本力学性能进行了表征,讨论了峰值载荷等试验参数对模量和硬度测试结果的影响。结果表明:复合纳米颗粒后的耐磨涂层抗变形的能力最好,可作为抗微动涂层使用,峰值载荷对试样弹性模量和硬度测试结果影响明显,随峰值载荷增大测试结果逐渐减小,减小趋势呈非线性。     

沉积温度对CVD-HfC涂层微观结构和力学性能的影响

采用HfCl4-CH4-H2-Ar体系,利用化学气相沉积法(CVD)在C/C复合材料表面制备HfC涂层.利用X线衍射仪、扫描电子显微镜和纳米压痕测试仪对涂层的微观结构和力学性能进行表征与分析.研究沉积温度对HfC涂层的物相组成、沉积速率、微观结构和力学性能的影响.研究结果表明:在1 400～1 600℃沉积温度内,沉积涂层均由单一的立方HfC组成.随着沉积温度的提高,HfC涂层沉积速率逐渐增加;涂层表面HfC晶粒的择优取向面由(220)向(200)转变,涂层组织结构由细柱状晶转变为粗大柱状晶.HfC涂层的显微硬度和弹性模量分别在16～21 GPa和247～282 GPa之间.1 500℃沉积HfC涂层的力学性能最佳,其显微硬度和弹性模量分别达到20.29GPa和282.34GPa.     

真空熔烧Ni基合金涂层的力学性能研究

为了得到Ｎｉ基合金涂层抗拉性能,对采用不同温度制备的真空熔烧Ｎｉ基合金涂层进行了抗弯性能试验。通过测量和计算,取得了Ｎｉ基合金涂层的抗弯强度及其随熔烧温度提高而变化的规律。由钢基体和Ｎｉ基合金涂层组成的弯曲试样实质上是复合材料。根据对Ｎｉ基合金涂层杨氏弹性模量的测定,按复合材料模型计算了抗弯强度。试验结果表明,真空熔烧Ｎｉ基合金涂层具有相当好的弯曲强度。     

双辉等离子法在Mo、Nb表面制Ir涂层微观结构比较

通过双层辉光等离子体表面渗金属方法,在难熔金属Mo、Nb表面成功制得Ir涂层,并对其微观结构和微观形貌进行分析.制得的铱涂层呈亮银白色,致密且表面均匀,无明显缺陷.XRD研究表明：Ir涂层呈多晶态,并沿（220）晶面优先生长,Nb基体上Ir涂层（220）晶面择优生长趋势明显高于Mo基体上Ir涂层（220）晶面择优生长趋势 Ir涂层由锥形晶构成,致密均匀,没有微观缺陷和微观裂纹.Ir涂层制备过程中,在基材表面形成了一个基材元素梯度分布的过渡层.过渡层的存在使得Ir涂层与基材结合良好 同时,Ir涂层遭受高密度离子轰击,在涂层内部产生高的残余压应力.利用纳米压痕仪测定了致密Ir涂层的硬度及弹性模量,并对其加载卸载曲线进行分析.由于基体热膨胀系数的差异,Nb基体上Ir涂层的残余压应力、表面硬度均大于Mo基体上Ir涂层.     

盐酸左氧氟沙星壳聚糖药物膜的制备及性能研究

以盐酸左氧氟沙星(LF)为药物模型,壳聚糖(CS)为载体,制备了药物质量百分含量为0．5％、1．0％、2．0％的药物膜和以壳聚糖为涂层的涂层药物膜．测定了膜的药物的释放性能和力学性能．用红外光谱(FT-IR),X-射线衍射(X-ray)表征了药物膜中各组分的相互作用,扫描电子显微镜(SEM)表征了药物膜的形貌．结果表明：药物膜中LF和CS形成氢键等分子间力,LF吸附在药物膜的表面,而涂层药物膜的表面无明显的LF．随着膜中药物含量增加,药物膜的拉伸强度和弹性模量均下降,分别为29～11MPa,2050～626MPa．涂层药物膜厚度从0．15～0．25mm,拉伸强度和弹性模量为先下降后增加,变化范围为26～18MPa,1257～75MPa．涂层药物膜在pH=5.8的磷酸缓冲溶液中药物释放率达98％的释放时间为6～13h．     

Si含量对TiAlSiN纳米复合涂层的微观结构和力学性能的影响

采用不同Si含量的TiAlSi复合靶,在Si基底片上用射频磁控溅射工艺沉积了TiAlSiN纳米复合涂层,采用X射线衍射仪（XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和纳米压痕技术研究了Si含量对TiAlSiN涂层的微观结构和力学性能的影响.结果表明：TiAlSiN涂层内部形成了Si₃N₄界面相包裹TiAlN纳米等轴晶粒的纳米复合结构.随着Si含量的增加,TiAlSiN涂层的结晶程度先增加后降低,涂层内部的晶粒尺寸先减小后趋于平稳,涂层的力学性能先升高后降低.当Si与TiAl原子比为3：22时获得的最高硬度和弹性模量分别为37.1 GPa和357.3 GPa.     

涂层对三维碳纤维编织体/Al2O3陶瓷复合材料性能的影响

从自制的SiO2和SiC涂层/三维碳纤维编织体出发,采用溶胶浸渍-原位分解法得到三维碳纤维编织体/涂层/Al2O3陶瓷复合材料.采用等温氧化失重、XRD、SEM、电子拉伸试验等测试手段研究了涂层对碳纤维编织体抗氧化性、复合材料力学性能的影响及复合材料的强韧化机理.结果表明:涂层可明显提高碳纤维编织体的抗氧化性能;梯度SiC涂层可明显改善纤维与陶瓷颗粒的界面结合性能,使复合材料的强度、断裂韧性和弹性模量分别增加5~10倍,材料的断裂呈层间紧密的复合断裂;裂纹扩展和断口分析表明,复合材料的强韧化机理为Cf的拔出、桥接和诱导裂纹偏转.     

Determination of Mechanical Properties of Micromembranes with Compressive Residual Stress

A novel model of a load-deflection method to determine the mechanical properties of micromembranes with compressive residual stress is described. Since thin film structures are frequently used in micro devices, characterisation of mechanical properties of thin films is desired by the design and fabrication of micromachines. In this paper, the mechanical properties of thin micromembranes under compressive stress are characterised, which are fabricated by bulk micromachining. The relation between the center deflection and the load pressure on a square membrane is deduced by modelling the membrane as an elastic plate having large deflection with clamped boundaries. According to the model, whether the membrane has initial deflection or not has no effect on the measurement result. The Young's modulus and residual stress are simultaneously determined. The mechanical properties of siliconoxide, silicon nitride membranes and composite membranes of polysilicon with silicon nitride are measured.     

带裂纹功能梯度材料薄板SIFs分析的广义参数Williams单元

根据Williams级数位移场,仅考虑弹性模量E为坐标的函数,通过改变裂尖奇异区微单元刚度集成方式,推导建立了功能梯度材料薄板平面断裂分析的广义参数Williams单元新格式.结合含中心斜裂纹和边界裂纹的功能梯度材料薄板,分析了弹性模量E的分布形式、裂纹倾角及裂纹长度对裂尖应力强度因子的影响.算例结果表明:该方法能够直接且高效求解带裂纹功能梯度材料薄板的裂尖应力强度因子;当弹性模量E呈单调变化且其梯度与荷载方向平行或垂直时,分别会使中心斜裂纹两个裂尖的I型或II型应力强度因子值产生差异,而应力强度因子随裂纹倾斜角度的分布规律并不受弹性模量E的分布形式影响.     

集成电路钝化层薄膜的纳米力学性质研究

利用等离子体增强化学气相淀积工艺在P型单晶硅（111）衬底上制备了厚度为70、150、450nm的SiO2薄膜和100、170、220nm的Si3N4薄膜,并使用纳米压入仪对薄膜进行了纳米力学测试与分析．薄膜在不同载荷下的硬度和弹性模量计算采用Oliver-Pharr方法．在测量两种薄膜的硬度时没有发现压痕尺寸效应．SiO2薄膜的弹性模量与压入深度的依赖关系不明显,但与薄膜厚度的依赖关系较明显,薄膜厚度的增加将导致弹性模量显著减小,而Si3N4的弹性模量与薄膜厚度的依赖关系不明显,但与压入深度的依赖关系较明显,会随着压入深度的增加而逐渐增加到某一定值．     

Experimental and Theoretical Study of Young Modulus in Micromachined Polysilicon Films

IntroductionThe development of microelectromechanicalsystems (MEMS) has achieved impressiveprogress with many new designs that couldpotentially lead to another industrial revolution.However,the long- term durability of the MEMSdevices,which requires a fun…     

纳米硬度计研究多晶硅微悬臂梁力学特性

微构件的弹性系数影响微型传感器的静态和动态力学特性 ,为了精确的测试和评定微构件的力学特性 ,利用纳米硬度计通过微悬臂梁的弯曲试验来测量其力学特性。运用该方法可精确测量微悬臂梁纳米级弯曲变形 ,在研究微悬臂梁的纯弯曲变形过程中 ,必须考虑压头在微悬臂梁上的压入以及微悬臂沿宽度方向的挠曲。试验研究表明 ,多晶硅微悬臂梁的纯挠曲与载荷成很好的线性关系 ,通过线性关系计算得到梁的弹性模量为 [1± (2 .9%～ 6 .3% ) ]× 15 6 GPa。     

ZrC／ZrB2纳米多层膜的结构和机械性能研究

选择ZrC和ZrB2作为个体层材料．利用超高真空射频磁控溅射系统,在室温条件下制备了ZrC,ZrB2及一系列具有纳米尺寸的ZrC／ZrB2多层薄膜．通过XRD,SEM和表面轮廓仪以及纳米力学测试系统,分析了调制周期和工作气压对多层膜生长结构和力学性能的影响．结果表明：多层膜的界面清晰,调制周期性较好,大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材料混合相的值,在调制周期为27．5nm,气压为0．8Pa时,多层膜体系的硬度、应力以及弹性模量值均达到最佳,多层膜机械性能改善明显与其调制层结构和工作气压相关．     

地铁盾构隧道回填层的应力传导性能

盾构法施工隧道中,管片衬砌与围岩间的空隙采用回填层来填充,以达到稳定衬砌、传递压力和防渗等多重效果。基于均匀化理论和摄动技术,推导了水泥浆液和豆砾石两种材料混合而成的回填层的等效弹性模量解析表达式,进而应用弹性力学原理推导了衬砌和回填层的应力应变公式。算例分析结果表明：该方法求得的回填层的等效弹性模量小于根据体积比例计算的数值;提高回填层中水泥浆的弹性模量和体积分数,可以提高回填层的等效弹性模量,使回填层承担较多的应力,从而减小管片内的应力和应变;考虑回填层与否,衬砌的应力和应变值会有较大差异,说明回填层有利于衬砌的稳定性。该研究为TBM盾构施工隧道的衬砌设计提供了理论依据。     

膜基组件的微硬度量测与膜体力学参数的顺序辨识

本文采用量纲分析得到膜基组件微硬度量测的若干标度律,并在分阶段辨识模型下应用轴对称弹塑性有限元计算对膜体的力学参数(弹性模量、屈服应力)进行了顺序辨识。     

微机电系统中凸台-弹性膜结构的力学建模与仿真

为了测试和评定微构件的力学特性,建立了凸台弹性膜结构的力学模型。将凸台弹性膜结构化简为中心带有凸台的无限长薄板条结构,利用板壳理论得出了凸台的弹性模量、厚度和横截面积对弹性膜表面应力分布影响的解析计算公式,并通过有限元分析对计算结果进行仿真验证。理论分析和仿真结果吻合。凸台弹性膜复合结构的等效弯曲刚度与凸台的弹性模量和厚度有关,当凸台的弹性模量和厚度增加时,凸台弹性膜复合结构的等效弯曲刚度增大,可以通过增加凸台的弹性模量和厚度来提高凸台弹性膜结构的强度。该研究为凸台弹性膜结构的优化设计和应用提供了计算方法和设计依据。     

Optical polymer thin films with isotropic and anisotropic nano-corrugated surface topologies

Light reflection from computer monitors, car dashboards and any other optical surface can impair the legibility of displays, degrade transmission of optical components and in some cases may even pose safety hazards. Antireflective coatings are therefore widely used, but existing antireflection technologies often perform sub-optimally or are expensive to implement. Here we present an alternative approach to antireflection coatings, based on an extension of our photo-aligning and photo-patterning technology for liquid-crystal displays (LCDs) and liquid-crystal polymer films with smooth surfaces to optical polymer films with controlled surface topologies. Nano- and micro-corrugated topologies are shown to result from optically induced monomer phase-separation on the polymer surfaces. The properties of the resulting films make them suitable high-performance and low-cost antireflection coatings for optical components of virtually any size, shape and material. Moreover, the approach can be used to form a wide range of other functional polymer thin films with isotropic as well as anisotropic topologies. For example, films can be produced whose optical birefringence exceeds that of the birefringence of the polymer material itself. These new films can also be used as diffractive thin films, diffusers, and directional reflectors which preserve light polarization, or as substrates for aligning liquid crystals to produce bright, low-power-consumption LCDs with integrated optical functions and memory.