激波与可燃粉尘界面的相互作用

对足够强的激波以0°角与气体-可燃颗粒悬浮流界面正碰撞时和以90°角扫过气体-可燃颗粒界面时所诱发的带化学反应的两相流动进行了实验研究和数值模拟,其结果基本揭示了激波与可燃粉尘界面相互作用的发生和发展过程.计算结果与可测实验结果符合较好.     

金属纳米晶的相稳定性

根据热力学平衡条件, 建立了金属纳米晶的相平衡方程. 应用Fetch和Wagner的界面膨胀模型以及Smith和其合作者建立的普适状态方程, 对纳米晶界面的热力学量进行计算, 由此获得金属高温相可在较低的温度下存在的临界尺寸. 通过对元素Co的β相(fcc结构)和α相(hcp结构)纳米晶Gibbs自由能的计算表明, β相可在室温存在的临界尺寸和纳米晶界面处的过剩体积(ΔV)有关. 当ΔV 取10%时, β相应在35 nm以下稳定存在. 与Katakimi的实验较为符合. 对影响βCo稳定性的因素也作了讨论.     

反应合成Ag(111)/SnO2(200)复合材料界面结构的DFT研究

根据 HTEM 原位观察的 Ag/SnO₂ 电接触材料的两相界面结构, 建立了 Ag(111)/ SnO₂(200)界面结构模型. 原子驰豫位移的计算结果显示, 驰豫引起界面原子严重错排, 破坏了点阵周期性排列. 界面区的O与Ag原子为达到稳定结构而彼此有靠近的趋势, 界面的结构驰豫是材料系统降低能量的一种方式. 界面附近态密度表明界面对材料的导电性有很大影响, 界面 O 原子的存在引起了材料导电性下降. 界面区域电子云和布居分析表明, 在Ag/SnO₂界面结构中未形成 AgxOy 化合物, 且界面会导致电荷分布不均匀, 在整个材料系统内形成微电场, 影响电子传输和材料的导电性. 计算显示 Ag(111)/SnO₂(200)界面结合较强, 界面结合能约为−3.50 J/m².     

定向凝固下共晶合金中相的竞争生长

通过讨论定向凝固下共晶合金中各相的凝固界面温度, 获得了共晶组织凝固的速率区间. 分析了有初生相下不同凝固速率中共晶凝固组织对应的固相成分, 给出了共晶合金出现共晶晕圈组织和同时存在α 相、β 相和(α+β)共晶三者竞争生长的凝固条件. 对Sn-Pb和Al-Si共晶合金的计算结果表明, Sn-Pb共晶合金定向凝固下不存在α相、β相和(α+β)共晶三者同时竞争生长的凝固组织, 也不存在共晶晕圈组织, 但Al-Si共晶合金中这两类组织都有可能存在, 数值计算结果与实验结果基本吻合.     

异种纯金属固-固界面化合反应初生相孕育期的动力学极限

以最小熵产生原理、昂色格倒易关系等线性不可逆过程热力学理论为基础建立模型，讨论了在扩散焊等温、等压条件下，一对可产生界面化合反应的固相纯金属，其连接界面演变初期，异种元素互扩散与界面化合反应两线性不可逆过程的相互关系；揭示了界面反应初生相孕育期在动力学上的必然性，得到了初生相孕育期的动力学极限以及初生相的动力学临界形核尺寸，并以Al-Mo界面反应为载体，对相关理论计算值与相应实验结果进行比较，证明了其理论分析的可靠性．     

Si-Mn非调质钢终轧冲击功的理论计算

用合金相最强键上的电子数n_A、合金相界面的最小电子密度差Dρ及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ, 结合热连轧工艺, 计算了Si-Mn非调质钢终轧冲击功α_k. 计算表明, 固溶强化、析出强化、界面强化将引起终轧冲击功α_k的降低. 界面上使电子密度保持连续的原子状态组数σ 对α_k的影响则不同, 以α-Fe和α-Fe-C相界面α-Fe/α-Fe-C上的冲击值与电子密度的连续组数σ₀为参考值, 当某界面的σ＞σ₀时, 该界面产生冲击值的增加, 而σ＜σ₀时, 冲击值将降低. 于是可由终轧后细化了的α-Fe基体冲击值与固溶强化、析出强化、界面强化以及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ 引起冲击值变化计算出终轧冲击功α_k. 计算结果与生产实测值符合较好. 同时也讨论了S对冲击功值的影响.     

包晶凝固的形态与相选择

在考虑包晶凝固两相生长竞争的基础上, 结合单相凝固数值模型所建立的界面响应函数, 应用最高界面生长温度判据, 对包晶凝固的形态与相选择规律进行了分析, 与实验结果吻合较好.     

夹杂物对低碳钢焊接热影响区组织性能的影响

利用焊接热模拟技术、光学显微镜及扫描电镜对比分析了2种采用不同脱氧方式冶炼的低碳钢中夹杂物特性及其对焊接热影响区组织和性能的影响;采用高温激光共聚焦显微镜对晶内针状铁素体形核长大行为进行原位观察;采用俄歇电子能谱仪分析夹杂物边界附近Mn元素分布.实验结果表明,加Ti处理的Al脱氧钢中主要夹杂物为Al2O3,MnS和TiN,氧化物冶金型Ti脱氧钢中主要夹杂物为TiOx/MnS复合型夹杂和MnS夹杂.研究发现,尺寸为1~3？m的TiOx/MnS夹杂物边界附近存在着一定宽度的贫Mn区,能有效诱导针状铁素体形核.优先生成的针状铁素体会分割原奥氏体晶粒,阻碍低温组织生长,细化最终组织,显著提高焊接热影响区韧性.     

立方相GaN/GaAs(001)外延层中六角相的分布特征

采用X射线多功能四圆衍射仪测绘出GaN/GaAs(001)外延层中六角相的{0002}和{100}极图，结果表明外延层中六角相与立方相之间的取向关系为：{0001}∥{111},〈100〉∥〈112〉. 构建了相应的结构模型，并对{0002}和{100}极图进行了模拟. 六角相以该取向关系存在于立方相GaN外延层中时,两相界面处具有相应于六角相和立方相的层错结构. 分析立方相GaN外延层中形成六角相所导致的晶格畸变和能量变化可知，造成六角相分布特征的主要因素是平行于〈0001〉方向的两相界面处原子成键紊乱. 六角相按照该取向关系，从低温缓冲层内部或缓冲层与外延层界面处萌生，并以片状贯穿至外延层表面的分布特征所引起的外延层能量增加值最小.     

航天器升空过程振动环境的地面试验条件

卫星、飞船等航天器振动试验目的是考核它们对升空过程低频振动环境的适应性.本文对卫星随火升空和整星地面振动试验两种状态进行了仿真计算,星界面横向振动同的条下,比较两种状态卫星顶点的动响应,结果毫无共同点.这是由于升空过程星界面有角运动,而地面试验却制界面角运动.仿升空状态的计算中,确定了与星界面运动关的角运动,并以此作为振动试验补充条,进行地面振动试验仿真计算,此时卫星顶点动响应与升空状态一致.可见补充角运动条是现航天器地面振动试验与其升空过程振动环境一致的有效方法,也为多自由度振动台的应用和条制定提供了依据.     

Euler方法中的模糊界面处理

针对Euler方法中的三维多介质界面处理问题, 把模糊数学方法引入到Euler方法中, 提出了模糊界面处理方法, 用于Euler方法中多介质计算问题、描述界面、设计输运方案及计算输运量; 以无黏性、无热传导的三维弹塑性流体动力学控制方程组为依据, 考虑固体的应力及应变, 对不同装药结构的射流进行了数值模拟, 证明了模糊界面方法对三维多介质计算是行之有效的.     

稀土-金属共掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了稀土La3 、Ce3 单掺杂及La-Fe、Ce-Fe共掺杂TiO2光催化剂,利用XRD、FE-SEM等手段对样品的结构、形貌进行了表征.以甲基橙为光催化反应模型化舍物,考察了掺杂对光催化活性的影响.实验结果表明:稀土-金属掺杂抑制了TiO2锐钛矿相向金红石相的转变,抑制了纳米晶体的生长.掺杂后TiO2光催化荆的光催化性能有明显提高,共掺杂TiO2光催化剂产生了协同效应,其光催化性能优于单掺杂样品,以La 0.5%-Fe 0.05%共掺杂效果最佳.     

合金非调质钢终轧冲击功的理论计算

利用合金相最强键上的共价电子数n_A、相界面的最小电子密度差Δρ 及使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ(σ′), 结合热连轧工艺, 在Si-Mn非调质钢终轧冲击功计算的基础上, 又探讨了含Cr, Ni, Mo, W, Cu, V, Nb和Ti非调质钢冲击功的计算. 结果表明, 合金非调质钢终轧冲击功强烈地依赖于强化机制. 固溶强化、界面强化、珠光体析出强化和弥散强化将引起终轧冲击功的降低. 细化强化、V, Nb和Ti在α-Fe-C-V(Nb, Ti)中的析出强化及含Ni奥氏体在α-Fe-C-Ni边界上的陈留将使冲击功增加, 其增加或减量可由n_A, Dr, σ(σ')及合金元素的权重进行计算. 将提出的终轧冲击功计算公式与已有的非调质钢终轧抗拉强度σ_b、屈服强度σ_s、伸长率δ 计算公式联立求解, 其值与生产现场实测值相符合.     

Dy-Y和Dy-Nd合金的磁性及光电子能谱

报道了稀土合金DY_(100-x)Y_x和Dy_(100 z) Nd_z的磁性及光电子能谱研究.磁性测量的结果表明,Dy—Nd合金中的dhcp结构晶场对轨道矩的抑制作用即使在6T的强外场下仍有残余表现.随Y(或Nd)含量的增加,合金中与Helix态相应的温度范围展宽(或变窄).光电子能谱的记录提示,轻稀土Nd的价起伏性质,使之在掺入Dy时产生增大Fermi波矢K_F的趋势.因而Nd掺入Dy引起Néel温度急剧减小的原因不仅仅在于它的稀释作用.轻稀土掺入重稀土将有助于抑制合金中的螺旋反铁磁相,从而克服“负磁热效应”。     

多元合金凝固界面形态演化模型

结合计算相图, 并在考虑了合金组元间的非线性交互作用的基础上, 充分考虑浓度场、温度场、界面张力效应和动力学效应的耦合作用过程, 对多元合金凝固界面形态演化进行了较为细致的研究, 发展了一个适用于多元合金定向凝固界面形态演化的准三维自洽模型.     

无偏析碲锌镉单晶体生长过程控制参数的研究

计算模拟了加速坩埚旋转技术Bridgman(ACRT-B)法碲锌镉单晶体生长过程, 研究了ACRT 波形参数对固液界面形状和晶体组分偏析的影响. 计算结果表明: ACRT 波形参数的变化显著影响固液界面凹陷和界面前沿温度梯度增加的幅度, 增加幅度最高可达数倍. 坩埚最大转速的增加不能明显改善晶体的径向组分偏析, 而坩埚加速时间、恒速转动时间和减速时间的变化可以显著影响溶质的偏析行为. 适当的波形参数, ACRT 可以显著地减小晶体的径向组分偏析, 直至为零. 反之, ACRT 可显著增加晶体的径向组分偏析和轴向组分偏析. 调整ACRT 波形参数和生长系统的控制参数, 可以制备溶质组分均匀区占较大比率的单晶体     

爆轰波绕射问题的高精度数值模拟研究

高精度数值模拟方法在具有化学反应及强间断的炸药爆轰问题数值模拟中具有重要的应用价值.本文通过求解柱坐标系下二维轴对称反应流欧拉方程组,采用基于Level set界面捕捉方法的欧拉型高精度多介质数值方法,编写了凝聚相炸药非理想爆轰程序,并对TATB基炸药在拐角效应中的死区现象进行了数值模拟研究.通过对比基于压力的点火增长模型与基于熵函数的CREST反应燃烧模型在拐角死区问题的计算效果,分析了两种反应模型的优势与不足,并结合两者的优点提出了一种多判据反应速率模型.数值模拟结果表明,该模型可以直接对死区进行计算,且死区高度与实验结果较为一致.     

体材料热整流模型中的界面热阻效应

基于傅里叶导热定律,两种具有不同热导率温度依赖特性的材料组合而成的复合材料可以实现热整流.但是,此前的研究者大多忽略了复合材料界面处的接触热阻.本文在此热整流模型中引入界面热阻,并分析其对热整流效率的影响.计算结果表明,在一定条件下,较小的界面热阻有利于提高热整流效率;但是界面热阻较大时,其阻碍热流的特点起主导作用,会降低热整流效率.     

残余元素铜在中碳钢中的析出规律

以中碳钢为研究对象,调整Mn、S含量,添加0.3%左右的铜作为残余元素,研究铜在钢中的偏析以及在夹杂物上的析出情况.利用扫描电镜及能谱仪研究发现当钢中锰含量从0.0084%提高到0.094%,可以减轻铜沿原奥氏体晶界的偏析程度.锰含量为0.44%时,铜在硫化锰夹杂上的析出比例可以达到94.6%,继续提高锰含量对提高铜的析出比例无益.通过二元匹配度的计算,可以得出,无论Cu在钢中以何种形式存在,MnS夹杂较氧化硅、氧化铝夹杂更适合铜析出,计算结果与实验结果吻合.     

硅单晶上类金刚石薄膜织构和外延取向与界面价电子结构的关系

金刚石和立方氮化硼薄膜由于其优异的性能已经获得了实际应用. 该类薄膜的特定取向对其在光学和微电子学领域的应用有特殊意义. 用固体与分子经验电子理论(EET)计算了衬底硅不同晶面与金刚石和立方氮化硼薄膜不同晶面的相对电子密度差, 从计算结果分析认为, 对所研究的薄膜, 薄膜与基底界面的电子密度差越小, 薄膜在热力学上越稳定, 界面的电子密度差是决定薄膜织构或外延取向的本质原因. 这些推断与实验事实符合得很好. 该计算方法和理论不仅为探讨金刚石和立方氮化硼在硅单晶表面上的薄膜生长机制提供了一个新视角, 还可能为其他薄膜取向的预测提供指导.