用扫描隧道显微镜观察钢中贝氏体组织

贝氏体组织是金属、合金甚至非金属(例如陶瓷)等材料在一定条件下发生固体相变时产生的一种重要组织结构,贝氏体钢也因此而得其名.几十年来科学家们对贝氏体的组织形态及相变机理多有研究,然而由于其本质的复杂性和受观察手段的限制,目前对于贝氏体的研究无论在理论上或是实验上都还处于不断探索的阶段,还有许多悬而未决的问题.对于贝氏体组织的相变机制存在着两种对立的观点:一种是扩散机制,通常也称为台阶生长机制;另一种是切变机制.这两种观点的立论依据主要都是通过扫描电镜或透镜电镜的实验来观察贝氏     

Cu-Zn-Al合金贝氏体的层错形成研究

贝氏体相变是固态相变的主要类型之一,关于它的形成理论代表了一种片状相的形成理论,这种相变涉及钢铁、有色合金及陶瓷等材料领域的有关片状相的形成,具有重大的理论和实际意义.但是,由于贝氏体相变本身的复杂性,尽管材料科学工作者对其进行了半个多世纪的研究,至今仍有许多问题悬而未决,扩散和切变两大学派根据各自的实验结果,观点对立,分歧严重.     

Cu-ZN-Al合金贝氏体中台阶存在的普遍性

Cu-Zn-Al合金贝氏体α_1相的台阶结构已经报道,台阶处的等厚条纹证实了其存在的客观性,表明该相变属扩散控制的台阶生长机制.然而,亦有文献报道α_1片的生长具有明显的切变行为.因此,该合金系贝氏体中存在的台阶结构究竟是一种偶然现象还是具有普遍意义便成为关系其相变机制的     

扫描隧道显微镜研究钢中贝氏体和马氏体浮突

柯俊和Cottrell在1952年首先观察到贝氏体相变伴随有与马氏体相似的表面浮突,故认为贝氏体的长大方式与马氏体相似,这一实验结果成为贝氏体相变以切变机制完成的重要证据之一.但有人发现扩散型相变(如Al-Ag中的γ相沉淀)也能产生表面浮突,而且贝氏体浮突的形状(∧,∨型)与马氏体单倾型浮突(N型)有所不同,认为不能根据浮突效应来肯定贝氏体的切变形成机制.而后,许多学者对贝氏体浮突的形状和本质进行了大量的研究,但至今为止,关于浮突的实验工作大都是用光学干涉显微镜完成的,高度观察只能达到(0.01μm)的精     

含硅钢的初生贝氏体

1979年观察到钢中贝氏体中脊,认为它是贝氏体的二维切变核而引起重视。1986年Okamoto对中脊做了系统研究,明确地把贝氏体转变划分为形核和长大两个阶段。同年,陈树川等用内耗法证实贝氏体预相变是一个非扩散的形核过程。但至今尚未见报道初生贝氏体的直接观察结果。本文通过研究初生贝氏体,探讨了其形核机制,指出了贝氏体相变的切变特征。     

合金相稳定性判定的新方法

Bhadeshia和Edmonds曾发现Fe-C-Si-Mn钢贝氏体铁素体中分布有多重变态碳化物,认为这是贝氏体相变以切变机制完成的有力证据之一,但因其贝氏体组织特征不明显,有人认为这种碳化物实际上是一种由贝氏体相变导致奥氏体应变诱发形成的马氏体自回火产物,从而否定了文献[1]中结论.以往的研究表明,由于硅阻滞碳化     

Fe-Mn-Si基合金中马氏体相变的Landau理论

结合Fe-Mn-Si合金中马氏体的相变特点提出一种新的序参量－－层错密度，相应建立了马氏体相变的Landau理论。利用这种理论对现有的马氏体相变机制进行了合理的解释，并加以推论，提出一种更为细致的相变机制：层错由不规则堆垛到一种规则堆垛，再经过不规则阶段进行到另外一种规则堆垛，如此循环下去，直到某一温度下的稳定结构，这种机制明确地描述了马氏体的形核及其转变过程，界面可作为孤立子来进行考虑，并将它同序参量联系起来，界面孤立子的作用是完成马氏体不同类型的转变，其运动速度可以借助层错密度的变化率来表达，利用这一序参量合理解释了训练和外界应力对相应点的影响原因，训练改变了层错的堆垛周期，层错密度增加，相变点升高；外界应力使相变点提高，基于这种自由能函数，建立了母相到过渡相的相变热力学，以及过渡相间的转化热力学。     

宇宙中正(重子)物质如何起源?

宇宙中的物质主要以重子类物质而非反物质存在.这一物质反物质的不对称性或者重子类物质的起源问题是长久未解决的宇宙学难题.本文着重介绍了目前很流行的电弱重子数产生机制,即在电弱相变过程中重子数产生的机制及其在超出粒子物理标准模型的新物理模型中的实现以及实验检验.首先详细介绍了该机制的物理图像.其次,因为重子数的产生需要在新物理模型中引入额外的CP(电荷共轭-宇称)破坏以克服标准模型中CP破坏强度不足的弱点,所以也对此进行了简要介绍并讨论了这类新的CP破坏源和粒子电偶极矩的精密测量以及新物理探索的关联.还讨论了另一个对于新物理模型的要求即强一阶电弱相变的实现.最后介绍了一阶电弱相变过程中随机背景引力波的产生、其在基于太空的引力波干涉仪探测器中的实验探测以及此类引力波与新物理模型探索之间的关联.其他如一阶相变过程中原初黑洞的产生及其探测也在本文中作了简要介绍.     

相变与人类疾病

相变是物理学研究的重要课题。它是从一种状态变成另一种状态,例如气态、液态和固态之间的转变,或在一定金属中的超导电性的初始形成时刻的转变。已经建立的相变理论普遍地与实验符合得很好,而且已在本质不同的各种各样的现象中得到应用。例如熟知的研究从稳定流动到湍流状态转变的数学方法也能     

氢原子在Ni(115)台阶面上的吸附和扩散

我们曾引入5参数 Morse 势模拟对势,用对势和方法研究了氢原子在镍低指数面上的吸附和扩散,获得较好的结果.本文用相同的方法和优选参数进一步考察氢原子在 Ni(115)台阶面上的吸附和扩散性质.镍为 FCC 晶体,Ni(115)台阶面可表     

在差应力条件下石英-柯石英转化的实验研究

在固体介质三轴实验系统中采用石英岩进行了石英-柯石英转化的实验研究. 实验结果表明, 在实验围压1.3 GPa, 温度950~1000℃, 差应力1.5~1.67 GPa, 应变75%~81%的条件下, 在塑性变形的实验样品石英岩接近端部的区域, 经Raman光谱分析证实出现了细粒柯石英, 显然, 在差应力条件下出现柯石英的压力远小于静压条件下柯石英稳定存在的压力, 这表明柯石英的形成条件不是惟一的. 在差应力条件下石英-柯石英相变边界向低压方向迁移受最大主应力和差应力的控制, 最大主应力形成了相对较高的应力环境, 差应力导致了样品的变形. 本实验柯石英出现在塑性变形的样品中, 而前人报道柯石英既出现在半脆性变形的样品中, 也出现在塑性变形的样品中. 发生在低温半脆性域的相变机制 是差应力产生的剪切变形引起力学不稳定, 发生在高温塑性域的相变机制是在差应力环境下石英强 烈变形产生的高位错密度引起应变不稳定, 而这两种相变必须在围压大于一定值(如大于1 GPa)时才能发生.     

纯铁中的异常奥氏体→铁素体相变

奥氏体→铁素体相变过程是钢铁材料中最重要的一个反应过程. 采用高精度膨胀仪系统考察了纯铁的奥氏体→铁素体转变过程. 从铁素体生成速率曲线中确认了一种异常的奥氏体→铁素体转变现象, 即多峰不连续转变. 异常奥氏体→铁素体转变的出现取决于初始奥氏体晶粒的大小. 随着初始晶粒的减小, 其相应的相变机理将从多峰不连续转变逐渐过渡为单峰连续转变. 固态转变界面前沿弹塑性畸变能积聚所引发的重新形核过程是异常奥氏体→铁素体相变出现的根本原因.     

超塑变形中相界滑移的扩散-溶解层控制模型

采用扫描电子显微镜（SEM）对Zn-Al合金超塑变形时的相界滑移进行了观察，并深入研究了Zn粉和Al粉压制烧结中Zn和Al相界间的扩散行为，实验结果表明，Zn粉和Al粉通过扩散烧结可形成共析组织，两者间的扩散行为是Kirkendall效应的一种显现，即Zn能溶入Al中而Al却几乎不能溶入Zn，在扩散烧结过程中形成的共析组织是由Zn和Al相界间形成的扩散溶解层α′在冷却过程中转变而来。最后在实验结果的基础上提出了一种Zn-5Al共晶合金的超塑性变形模型：Zn-5Al共晶合金的超塑变形机制是α和β相界面滑移，而α和β相界间形成的扩散－溶解层α′对相界滑移起控制作用，含缺陷的不饱和的扩散－溶解层α′与β相结合较弱容易滑移，而当扩散－溶解层α′变厚并达到动态饱和时则不利于滑移的进行。     

多孔介质的相变和热化学储热性能

探讨了利用多孔材料增加相变和热化学储热功率的可行性,研究了金属泡沫和膨胀石墨添加在储热材料中对储放热过程的影响.低温相变材料采用的是石蜡,高温相变材料采用的是硝酸钠,热化学储热工质对采用的是镁/氢化镁.实验研究了两种相变材料在开孔金属泡沫中的储放热过程.对膨胀石墨质量分数分别为3%,6%和9%的石蜡/膨胀石墨复合相变材料也进行了研究,并与采用金属泡沫的复合相变材料进行了对比.结果表明,金属泡沫具有更好的传热能力,主要因其具有膨胀石墨所不具备的内部连通结构.但是,金属泡沫会抑制液态区的自然对流,特别是对于低黏性的相变材料,因此导致了在固态区、固液共存区和液态区具有不同的传热特性,表明金属泡沫并不是在每个区域都能增强换热.数值研究了热化学储热材料在加入金属泡沫前后的放热过程.在热化学储热中加入金属泡沫,可使反应床平均温度下降,明显提高放热功率.同时,由于放热反应存在最佳反应温度,在一定氢气压力和壁温条件下,通过加入不同孔隙率的金属泡沫对放热功率进行研究,表明反应床加入的金属泡沫存在最佳孔隙率,使得床层整体温度更接近最佳反应温度,实现放热功率最大化.     

粒介质在类固-液相变过程中的时空参数特性

颗粒介质的类固-液相变过程除受材料性质影响外, 还与其运动速率和密集度有密切关系, 而接触时间数和配位数是表征该相变过程中颗粒间相互作用的重要时间和空间参量. 本文采用三维离散元方法对不同切变速率和密集度下颗粒介质的动力学行为进行了数值模拟, 确定了颗粒材料在类固-液相变过程中接触时间数和配位数的参数特性和演化过程, 并结合宏观应力的分布特性, 进一步确定了颗粒介质在液态和固态相互转化中的动力学机理, 讨论了颗粒介质在由快速流动向慢速、准静态转化的相变过程. 通过对颗粒单元相互作用的细观数值模拟, 获取了颗粒介质在宏观上的动力学行为, 为研究其在不同相态下的本构模型提供了依据.     

扩镁铌酸锂单晶的DTA表征

根据Midwinter报道掺镁铌酸钾(MgO:LiNbO_3)的寻常光和非寻常光折射率比纯LiNbO_3的折射率小.Sudo等利用镁离子内扩散LiNbO_3单晶光纤实现了晶纤具有芯-包层波导结构.本文对扩镁LiNbO_3单晶进行了差热分析(DTA),结果显示这些扩镁LiNbO_3单晶的Curie温度首先随着扩散时间的增长而降低,当扩散时间超过一定限度后又开始上升,且出现第二个相变点.众所周知,LiNbO_3只有唯一的一个Curie点,所以出现第二个相变点,这可能是扩镁表层的富MgO层出现的新相的相变点,经X射线衍射分析(XRD)得到相同的结论.     

质子交换膜燃料电池中微纳输运过程的数值研究进展

质子交换膜燃料电池是氢能利用的典型装置.在燃料电池的多尺度空间内发生着复杂的相变多相流、传热传质、电子质子传导、电化学反应等物理化学过程.上述过程对电池的性能、寿命及成本影响显著.近年来,随着先进实验手段、数值方法和计算资源的不断发展,研究者基于微纳米尺度研究燃料电池中发生的复杂多场耦合输运过程,不断发现新的微纳输运过程特征及耦合机制.本文回顾了近年来针对燃料电池关键组件(包括催化层、气体扩散层和气体通道)中发生的多场耦合输运过程的微纳尺度数值仿真工作.针对催化层,主要介绍了孔尺度数值仿真在预测有效传输系数、揭示传质阻力机理、查明微纳结构对反应输运过程影响方面的进展.针对扩散层,重点介绍了孔尺度仿真在研究扩散层气液两相流动及查明结构和润湿特性对液态水运动和分布影响的工作,还讨论了气体扩散层薄层多孔介质输运特性及典型代表单元是否成立.针对气体通道,着重介绍了通道中液态水运动及其对传质反应的影响.此外,还讨论了各组件跨尺度界面行为特性.最后,对采用微纳尺度数值方法研究燃料电池内多场耦合输运过程进行了总结和展望.     

重力作用下HeⅡ-HeⅠ的相变特性

对超流体液氦（HeⅡ）向正常流体液氦（HeⅠ）的相变进行了实验研究。在极小热流密度下，HeⅡ-HeⅠ的相界面由实验样品腔底部向顶部传播。用4个高精度温度传感器（HRTs)对相变前后的温度变化过程进行了测量。对重力作用下λ点温度（相变温度）随压力的变化进行了理论和实验研究。结果表明在重力作用下，λ点温度的变化幅度随压力增加而增加，理论与实验吻合较好。     

地幔转换带橄榄石高压相变实验研究

橄榄石是上地幔的主要矿物之一,它的相变对于认识地幔不连续面的成因,整个地幔的物质组成和演化、地幔对流、俯冲板片深源地震等地球深部动力学问题具有重要意义.本研究使用中国地质大学地球深部研究实验室多面砧压机进行了2种成分的橄榄石(Fo100和Fo90)在压力为14.1～20GPa,温度为1400℃的相变实验研究.压力为14.8～15.6GPa时,Fo90和Fo100均转变为瓦兹利石(α);而在14.1GPa实验中,Fo90完全转变为瓦兹利石,Fo100则仍为橄榄石(α).瓦兹利石具有2种产状:破碎的粒状结构(粒度大于100μm)和微晶集合体(微晶粒度小于10μm).瓦兹利石拉曼谱图中显示722～723和917～919cm-1特征峰.随着压力升高,实验产物中出现更多的呈微晶集合体结构产出的瓦兹利石,表明实验压力离橄榄石相变边界越远,瓦兹利石成核密度越大,导致体系Gibbs自由能下降,高压相矿物颗粒生长受到抑制.但由于瓦兹利石成核活化能很小,因此实验产物中均有大量呈微晶集合体产出的瓦兹利石.实验产物的显微结构特征对解释陨石中出现瓦兹利石的产状提供高温高压实验启示.压力为19.5和20GPa时实验产物为林伍德石(γ),其中压力为19.5GPa的实验中Fo100中瓦兹利石和林伍德石共存.实验产物林伍德石为自形粒状(颗粒度为10～20μm),三联点结构发育.798和840cmμ1为林伍德石的拉曼特征峰.综合本次研究以及前人地震探测结果表明,中国东部上地幔复杂结构无法用单一的橄榄石体系相变来解释,其他矿物(如辉石-石榴石)的相变及其与橄榄石体系相变的相互影响可能导致了该地区上地幔具有复杂的结构.因此进一步开展复杂体系(如橄榄石+辉石体系)的高温高压相变实验研究,并在已有地球物理探测成果的基础上建立合理的地质-岩石学模型,对探讨中国东部地区上地幔复杂结构形成的物理机理,影响因素及其深部动力学机制具有重要意义.     

聚合物共混相变的大分子扩散机制

本文目的在于探讨高分子共混相容体系在热诱导作用下发生相变过程大分子扩散机制。高分子二组元A和B,其聚合度分别为N_A和N_B,统计链段长度为a_A,a_B。高分子链扩散系数分别为D_A,D_B。设大分子链存在缠结,其两缠结点间的聚合度为N_(eA)和N_(eB)。组元A的体积分数为φ_A=φ,组元B的体积分数为φ_B=1-φ.我们考虑相变的线性理论。在热