Ag在单晶硅(111)基面上的反应润湿与固液界面能计算

采用滴座法研究Ag在高定向生长单晶硅(111)基面上的高温反应润湿行为及固液界面结构.结果表明,Ag/Si(111)润湿体系在1 200℃高温下的最终润湿角为96.7°,呈现不润湿现象,反应润湿界面有Si原子溶解到液态Ag中,但没有新相生成,Si和Ag仍以单质形式存在,因此Ag(l)/Si(s)界面能保持不变.通过计算得到1 200℃下Ag/Si(111)润湿体系的固体表面能和固液界面能分别为565.6和667.1 mJ.m-2.     

高温及等离子体环境下液态锡与钨筛网的相容性研究

本文利用真空管式炉和四川大学直线等离子体与材料表面相互作用平台（SCU-PSI）, 探究了静态高温以及高密度氢等离子体环境下液态锡（Sn）对钨基多孔筛网结构（CPS）的润湿及腐蚀行为. 实验结果发现,在静态高温环境下液态Sn润湿钨筛网（4层150目）的阈值温度为950 ℃,且随着实验温度升高,润湿效果越好. 当实验温度达到1050 ℃时,在钨筛网表面观察到大量SnO2棒状结构. 这种棒状结构可能是由于管式炉中存在少量的氧气,在高温作用下Sn和氧气发生反应生成SnO2纳米晶. 当液态Sn-CPS结构进一步被离子通量为7.71×1022 m-2*s-1和热负荷为54.55 kW*m-2 的氢等离子体辐照时,钨筛网出现大面积断裂,形成丝状结构;而在没有液态Sn润湿的情况下,钨筛网表面没有出现类似损伤. 这可能是在高密度氢等离子体辐照作用下,氢等离子体与SnO2的协同作用加剧了钨筛网的损伤,造成了钨丝硬化断裂. 本文的实验结果为未来液态Sn-CPS在聚变装置中的实际应用提供了一定的参考.     

微重力条件下列管相变蓄热器的传热特性研究及拓扑优化

基于相变蓄热器在航天航空领域的应用，对列管式蓄热器建立物理模型和数学模型，采用数值模拟研究其在不同重力及雷诺数下的传热特性，此外引入基于变密度法的拓扑优化方法对蓄热器进行结构优化，设计出一种不等长拓扑肋片模型，并对比研究各因素对相变材料熔化速度的影响。研究结果表明，相同雷诺数时微重力条件下相变材料的熔化速度相比于有重力条件下的较慢，不同雷诺数时微重力条件下的熔化速度比有重力条件下的熔化速度分别减小了82.7%,86.1%,90.1%。但在微重力条件下，增大雷诺数已不足以有效提升相变材料的熔化速度。与无肋片管相比，经拓扑优化所得肋片模型的强化换热效果明显，在微重力条件下其相变材料熔化时间相比于无肋片管熔化时间缩短了47.83%，表明所设计的拓扑优化肋片模型可有效地减小微重力对蓄/放热速率的影响。     

基于接触角的木材表界面润湿特性研究现状及问题分析

木材表界面润湿特性与其表面物理化学性质密切相关,是木材表界面特性中的重要参数之一.系统地总结、阐述近年来国内外对木材表面润湿渗透特性、木材表面自由能计算以及木材表界面润湿特性影响因素的研究现状,并对木材表界面润湿特性研究过程中存在的问题和发展趋势进行探讨,可为改善木材表面加工性能及调控木材表界面结构等提供理论依据.     

微重力条件下气固两相界面耦合燃的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟，考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内的传热和热解过程，给出体现两相耦合作用的相界面处理方法，还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响，为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算，数值模拟得了重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意。     

重力条件对沸腾汽泡特性的影响

根据汽泡动力学原理,建立了壁面上沸腾汽泡的数学模型.分别计算了在不同重力条件和不同壁面流动条件下的汽泡特性参数,包括汽泡的脱离直径和鼓泡频率.比较了重力和强迫对流对汽泡特性的影响.提出了一种比较微重力条件和地面条件下核态沸腾的类比关系式,这一关系式对于将地面沸腾实验结果类比到空间微重力条件下具有一定的指导意义.     

微重力条件下气固两相界面耦合燃烧的数值模拟

在建立气固两相界面耦合燃烧计算模型的基础上，对微重力条件下火焰在固相可燃物表面的蔓延过程进行了三维非稳态数值模拟．考虑气相燃烧过程的同时，对固相可燃材料也用有限差分法研究其内部的传热和热解过程，给出了体现两相耦合作用的相界面处理方法．还研究了强迫流动对微重力火蔓延的影响．为了分析对比，进行了正常重力条件下的计算．数值模拟得了微重力燃烧的一些基本特点，结果令人满意．     

BN与TiNi系合金熔体的界面反应

以高纯氮化硼（BN）作为坩埚材料,对其应用于TiNi系合金熔炼时的界面反应进行研究.研究BN在不同温度下（1 450 ℃,1 520 ℃）,保持一定时间（90s,180 s,270 s,360 s）与TiNi系合金熔体的相互作用情况,得到了不同反应时间、反应温度下的界面层,并用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）、X射线衍射（X ray diffraction, XRD）和电子探针显微分析(electron probe microanalysis, EPMA)对界面进行形貌、物相和成分的分析,对反应机理作了讨论.研究结果表明,BN与熔体作用的产物在试验条件下不与熔体继续反应,从而保护了熔体不受到进一步污染.     

低温流体微重力池沸腾气泡脱落特性研究

研究微重力下的气泡动力学行为及其脱落特性是揭示微重力下流体沸腾换热机理的基础,而气泡处于空间复合弱力环境下,表现出不同于常规的特殊现象。以微重力下平板加热面上氢沸腾气泡为对象,展开了受力分析,考虑到Marangoni效应的影响,构建了受力平衡模型,进一步计算并分析了不同重力、压力、流体过冷度、壁面过热度下的气泡脱落直径。研究结果表明,当重力降低至某一临界值后,沸腾气泡存在3个不同尺度的脱落直径,且重力水平越低,气泡最大脱落尺寸越大,直径最大可达几十厘米。在常重力下,沸腾气泡仅存在0.01~0.1mm量级的脱落直径,压力对常重力与微重力下气泡脱落直径的影响差异显著,随着压力的升高,常重力气泡脱落直径不断减小,而微重力下最大气泡脱落直径有所增大;在微重力下,流体温度越低则过冷度越大,因此气泡最大脱落直径也越大,液氢过冷度每提高1K,最大气泡脱落直径增大约10%。当重力一定时,存在临界壁面过热度,且只有当壁面过热度超过该临界值时,沸腾气泡才会存在3个脱落直径。当压力越高、流体温度越低时,该临界过热度越小。     

微重力环境中流体特性及其在材料科学中的应用,

航天事业的发展,开拓了宇宙实验验室,为人类带来了珍贵的实验条件——微重力环境,它是指重力加速度低于10~(-6)g的航天器内环境,也可以说是一种“失重”环境。在微重力环境中,不仅重力微弱,而且还有超高真空、深冷、超净、无振动及充足的阳光等优异条件。作者对微重力环境流体的特性进行了定量分析。液体在微重力环境的静压梯度的绝对值是其在普通重力场中的1/10~6,可认为它趋于0,密度梯度也趋于0,由静压梯度引起的浮力也将趋于0,从而悬浮和沉定现象也消失;微重力环境中,在两水平层间发生对流的可能性减小到普通重力空间的1/10~6。在此环境中,液膜没有弯曲现象,拉制的薄片、薄膜和线材结构极为均匀,且厚度和直径非常理想。因无静压梯度、沉淀和悬浮,有利于冶炼优质金属及合金材料,生产均匀性达理想程度的晶体和玻璃材料。在无对流的条件下,材料的扩散控制容易实现,输运过程简化。在晶体或玻璃的生产过程中,可消除冷却结晶阶段因对流而引起的混合、扰动,还可实现材料生产的无容器过程。消除了因容器壁引进杂质和感应成核的问题,文章还探讨了微重力对流体力学基本方程组的影响。     

Microstructure and properties of an Al-Ti-Cu-Si brazing alloy for SiC-metal joining

An Al-Ti-Cu-Si solid-liquid dual-phase alloy that exhibits good wettability and appropriate interfacial reaction with SiC at 500-600℃ was designed for SiC-metal joining. The microstructure, phases, differential thermal curves, and high-temperature wetting behavior of the alloy were analyzed using scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis, differential scanning calorimetry, and the sessile drop method. The experimental results show that the 76.5Al-8.5Ti-5Cu-10Si alloy is mainly composed of Al-Al₂Cu and Al-Si hypoeutectic low-melting-point microstructures (493-586℃) and the high-melting-point intermetallic compound AlTiSi (840℃). The contact angle, determined by high-temperature wetting experiments, is approximately 54°. Furthermore, the wetting interface is smooth and contains no obvious defects. Metallurgical bonding at the interface is attributable to the reaction between Al and Si in the alloy and ceramic, respectively. The formation of the brittle Al₄C₃ phase at the interface is suppressed by the addition of 10wt% Si to the alloy.     

Ⅲ-Ⅴ族半导体微重力生长研究进展

空间微重力环境为理解被地面重力场掩盖的晶体生长现象与规律、探索新的晶体制备工艺提供了独一无二的平台.我国学者在过去的30多年里进行了Ⅲ-Ⅴ族半导体晶体的空间生长研究,主要进展有:在微重力条件下得到了器件级的半绝缘GaAs,基于其制备的低噪声场效应晶体管和模拟开关集成电路性能明显超过地基器件;通过抑制熔体静压力的作用,实现了GaSb及InSb两种材料的非接触Bridgman生长,并大幅降低了材料的位错密度;深入研究了浮力对流、Marangoni对流及旋转磁场驱动的强制对流对组分微观偏析的影响规律;将垂直梯度凝固法应用于半导体合金生长,获得了组分均匀分布的GaInSb材料.本综述回顾了以上方面的研究进展,并对半导体空间材料科学的未来挑战进行了展望.     

添加元素对石墨-铝硅复合材料性能的影响

采用熔铸重力浇注在铝液中直接加入裸体石墨的方法，工艺简便，成本低，易于推广生产．但要用这种方法生产出综合性能良好的石墨－铝硅复合材料并非易事．其中添加某种元素既促使有利的石墨－铝硅复合材料界面反应的形成，又阻止石墨飘浮，减少偏析，使材料的综合性能得到提高是很关键的问题之一．而且，这种添加元素在工业上使用的价格又要比较低廉．本文从复合材料都存在界面反应的问题入手，找到了一种综合性能良好的添加元素Ｍ．     

反应型液固界面润湿性的数学表征

用热力学参数构建了润湿角θ与反应型液固界面各相性质及温度的数学关系，简明地将润湿角θ与液固相材料性质之间的内在关系连系在一起，解释了异种材料在钎焊、复合过程中的现象和事实．计算结果与实验值相符     

用纳米磁性液体模拟制造失重和微重力状态的流体

磁力和重力均为非接触的力,当作用于纳米磁性液体上的磁力和重力方向相同时,纳米磁性液体处于超重状态:当作用于纳米磁性液体上的磁力和重力方向相反时,纳米磁性液体处于失重状态;当作用于纳米磁性液体上磁力和重力相互抵消,纳米磁性液体呈饱和磁化状态且处在均匀梯度磁场区域中时,纳米磁性液体被表面张力约束成球体,处于微重力状态.这一发现使我们在地面上能经济的、方便的、长时间的制造流体的小区域微重力状态,为研究微重力状态下的流体科学、生命科学,材料加工和器件开发等提供了新的方法.     

润湿行为的研究进展及在工程中的应用

从润湿行为的表面特征及其形成机理出发综合阐述了润湿行为的概念、表征方法、分类,并综述了润湿行为在国内外的研究进展和研究现状,同时从研究润湿行为的实验方法和理论方法两个角度,概括性地阐述了研究润湿行为的不同方法之间的联系和各自的优缺点,通过概括和对比其研究方法提出了一些改善某些物质间润湿行为的方法途径和主要技术。综合归纳了润湿行为研究在各行业尤其在金属材料的制备和防腐等工程实际中的具体应用,尤其在金属材料工程中的应用较多。随着科技的进步以及新材料的不断开发势必将受到更多的重视,对其进行深入研究将会有力地推动金属材料加工及制备的发展。最后,指出润湿行为研究的发展趋势,并对今后润湿性行为的相关研究提出了展望和一些建议。     

空间微重力环境中的晶体生长研究进展

 随着信息技术和生物技术的发展, 人们对于结构完整、性能完美的高品质光电子晶体和蛋白质晶体的需求愈加迫切。地面重力条件下存在自然对流,它显著地影响热量和溶质的输运过程以及晶体/溶液界面边界层特性,进而影响晶体的品质和性能。空间微重力环境提供了纯扩散晶体生长的理想条件,在此条件下有可能生长出高性能的单晶体。在过去30多年的微重力实验中,科学家通过搭载卫星、飞船和空间站等航天器,开展了一系列空间晶体生长研究。本文综述几种主要晶体的实验研究进展,内容包括：半导体晶体、特殊功能晶体、非线性光学晶体、蛋白质晶体和食盐晶体。     

微重力条件下的InxGa1-xSb晶体生长研究

InxGa1-xSb晶体是吸收波长可以在1.7–6.8μm范围内调控的三元半导体晶体,在红外探测、热光伏电池领域具有重要的应用前景,但由于其固液相线相距很远,容易形成成分偏析和结晶缺陷,且重力对流会增加晶体生长界面处物质输送的不均匀性,使得地面环境下难于生长高质量的InxGa1-xSb晶体.微重力环境由于抑制了自然对流,为晶体生长提供了良好条件,本文综述了微重力环境对InxGa1-xSb半导体晶体成分偏析和晶体缺陷的影响,并介绍了中国返回式微重力科学卫星实践十号上的InxGa1-xSb三元晶体的空间生长实验成果.     

微重力下两相流动沸腾换热研究──关于地面模拟实验的可行性分析Ⅰ~*

通过对微重力和重力场下流场特点的比较，基于动量力，从地面上模拟微重力下的两相流动和受迫核态沸腾换热两方面出发，提出了地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的可行性条件：竖直试验段两相流速必须超过某一极限，试验段出口的气相含量也必须满足一定的要求．这些为该试验的开展奠定了初步的理论基础．