喷墨材料的制备及涂层厚度对其性能的影响

为改善已有喷墨材料的吸墨性能,采用物理与化学相结合的方法制备纳米喷墨材料,利用原子力显微镜(AFM)和分光测色计分析了复合材料的表面结构和印刷品的色差。结果表明:涂底胶的喷墨材料的基材和吸墨层黏合更牢固,吸墨层表面更平整;对涂覆底胶的喷墨材料进行性能分析,其微观结构和涂布量均随着涂层厚度的不同发生变化;涂层厚度对打印质量的影响非常显著,当吸墨层厚度是50μm时,喷墨材料的综合性能最好。     

调制周期对ZrN/TiCuN纳米多层涂层的微观结构与力学性能的影响

为了系统研究电弧离子镀技术制备的纳米多层涂层的微观结构与力学性能的关系,通过调节样品转速,制备了不同调制周期的ZrN/TiCuN纳米多层涂层.利用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及纳米压痕仪,分析了多层涂层的微观形貌、化学成分、相结构和力学性能以及多层涂层界面的微观结构对涂层力学性能的影响.结果表明,Zr N/TiCuN纳米多层涂层属于典型的电弧离子镀涂层表面形貌.随着调制周期减小,纳米单层厚度变薄,涂层表面形貌及厚度变化不明显;涂层中Zr、Ti的含量先降低后略有升高,而N含量的变化与之相反,且所有多层涂层和单层涂层都呈现出过化学计量比（N/Zr或N/Ti）;多层涂层中ZrN(200)衍射峰强度逐渐减小,硬度逐渐提高,在调制周期最小时硬度达到最大值31.5 GPa;Zr N/Ti CuN多层涂层界面处存在大量共格结构,且连续贯穿几个相邻涂层,在涂层界面处可以发现较多位错.随着调制周期减小,膜层更均匀.在多层涂层结构中,降低涂层厚度、增加共格结构的界面可有效增加纳米多层涂层的硬度.     

Nd2Fe14(BC)/α-Fe系稀土永磁材料微观组织及磁性能

为了提高纳米双相稀土永磁材料Nd2Fe14B/α-Fe的性能,研究了一种新型合金Nd9.0Fe85.5Nb1.0B4.0C0.5. 在合金中添加碳可提高矫顽力,添加钕可细化晶粒; 合金的淬态微观组织显著影响其磁性能,合金中的部分预析出微晶相有助于在随后的热处理中获得均匀的微观组织; 在热处理工艺中,晶化退火温度和时间对合金微观组织结构具有显著影响,并影响合金的磁性能.使用原子力/磁力显微镜观察Nd-Fe-(BC)/α-Fe纳米复合磁体的微观组织及磁畴结构,并由此对纳米双相稀土永磁材料中的交换耦合作用进行了解释.结果表明,最佳热处理工艺为 700 ℃保温15 min, 其性能为 剩磁1.381 Wb*m-2, 矫顽力518.05 kA*m-1, 剩磁比0.74, 最大磁能积137.75 kJ*m-3.     

Nd_2Fe_(14)C/α-Fe系稀土永磁材料微观组织及磁性能

为了提高纳米双相稀土永磁材料Nd2Fe14B/α-Fe的性能,研究了一种新型合金Nd9.0Fe85.5Nb1.0B4.0C0.5。在合金中添加碳可提高矫顽力,添加钕可细化晶粒;合金的淬态微观组织显著影响其磁性能,合金中的部分预析出微晶相有助于在随后的热处理中获得均匀的微观组织;在热处理工艺中,晶化退火温度和时间对合金微观组织结构具有显著影响,并影响合金的磁性能。使用原子力/磁力显微镜观察Nd-Fe-(BC)/α-Fe纳米复合磁体的微观组织及磁畴结构,并由此对纳米双相稀土永磁材料中的交换耦合作用进行了解释。结果表明,最佳热处理工艺为:700℃保温15min,其性能为:剩磁1.381Wb.m-2,矫顽力518.05kA.m-1,剩磁比0.74,最大磁能积137.75kJ.m-3。     

电弧离子镀制备Cr-O-N涂层及生长机理探讨

为了弄清O2和N2的流量变化和基体负偏压对涂层微观结构的影响,利用电弧离子镀技术制备了Cr-O-N涂层,对涂层样品进行了X射线衍射分析,扫描电镜和原子力显微镜观察,电子探针成分分析,结果表明Cr-O-N涂层含CrN和Cr2O3相,衍射峰的择优取向、涂层的表面粗糙度、相含量和化学成分与制备过程中的气体流量、基体负偏压等因素密切相关:随着氧流量的增加,涂层的表面粗糙度上升,涂层中氧元素含量和Cr2O3相含量增多;基体负偏压的升高有利于涂层沿CrN(220),Cr2O3(300)面择优生长和涂层的致密性提高.     

纳米TiO2对丙烯酸酯聚氨酯涂层/碳钢界面的初期失效行为的影响

采用激光电子散斑干涉技术、电化学阻抗技术和扫描电化学显微镜技术实时、动态和原位观测了涂覆丙烯酸聚氨酯涂层的碳钢在质量分数为3.5%的NaCl溶液中浸泡初期的界面腐蚀行为,并对比了纳米TiO2的添加对界面腐蚀行为的影响.在浸泡初期无宏观缺陷存在时,激光电子散斑干涉技术成功检测到涂层界面的微小变化,电化学阻抗技术显示不同涂层低频阻抗膜值的变化情况,均与扫描电化学显微镜技术获得的腐蚀电化学形貌结果一致,即在浸泡初期,未添加纳米TiO2的涂层其界面变化速度(即锈蚀萌生速度)较添加涂层明显得多,表明纳米TiO2可延缓涂层/碳钢的界面失效.     

TiN薄膜的制备及其纳米力学性能研究

采用磁控溅射工艺制备了TiN薄膜,借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜和纳米压痕仪等设备,研究了薄膜制备工艺参数(如基体温度、溅射功率、基体负偏压等)对薄膜的相结构、表面微观形貌、纳米硬度、弹性模量等的影响。结果表明:TiN薄膜为多晶态,其溅射功率、基体负偏压和基体温度等条件对薄膜的形貌、结构及纳米硬度、弹性模量等的影响比较复杂。     

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.     

TiO2对磁控溅射Ti-TiO2纳米复合涂层抗菌性能的影响

为预防种植体周围炎,采用反应磁控溅射法在纯Ti片表面制备了Ti-TiO₂纳米复合涂层,改变Ti靶材与TiO₂靶材的拼接比例,研究纳米TiO₂体积分数对涂层微观结构和抗菌性能的影响。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、接触角测量仪对样品进行微观组织的表征以及表面粗糙度和润湿性能的测量,采用CCK-8法(cell counting kit-8,CCK-8)对涂层进行细胞毒性测试,采用平板涂布计数法对涂层进行抗菌性能评价。结果表明,当Ti靶材与TiO₂靶材的拼接比例为95∶5时,Ti-TiO₂涂层含纳米TiO₂量最多,涂层的表面粗糙度以及与液相接触角达到最大值,分别为1.28 nm和100.42°,涂层无细胞毒性,符合生物安全性材料的标准,涂层的抗菌性能最佳,涂层的抑菌率达到了90.94%。     

现场化学氧化法合成聚苯胺／环氧树脂防腐涂料

探讨了采用化学氧化聚合法直接合成聚苯胺／环氧树脂（PAn／EP）复合防腐涂料的新工艺.研究了苯胺与环氧树脂的质量比、氧化剂的用量及反应时间等反应条件对防腐涂料性能的影响．并通过原子力显微镜（AFM）和透射电镜（TEM）等对PAn／EP复合涂层的微观结构进行了袁征．     

空冷贝氏体钢破片中绝热剪切带的微观形貌特征

利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等设备,研究了空冷贝氏体钢爆破圆筒破片中的绝热剪切带的微观形貌特征.实验结果表明:破片中绝热剪切带为白亮带,其形貌与基体组织有明显的区别,绝热剪切带上有分叉和裂纹;衍射证明绝热剪切带内组织为晶体结构,带内有位错胞和位错缠结;原子力显微镜观测表明绝热剪切带高于基体.     

Microstructure-based multiphysics modeling for semiconductor integration and packaging

Semiconductor technology and packaging is advancing rapidly toward system integration where the packaging is co-designed and co-manufactured along with the wafer fabrication. However, materials issues, in par- ticular the mesoscale microstructure, have to date been excluded from the integrated product design cycle of electronic packaging due to the myriad of materials used and the complex nature of the material phenomena that require a multiphysics approach to describe. In the context of the materials genome initiative, we present an overview of a series of studies that aim to establish the linkages between the material microstructure and its responses by considering the multiple perspectives of the various mul- tiphysics fields. The microstructure was predicted using thermodynamic calculations, sharp interface kinetic models, phase field, and phase field crystal modeling techniques. Based on the predicted mesoscale microstruc- ture, linear elastic mechanical analyses and electromigra- tion simulations on the ultrafine interconnects were performed. The microstructural index extracted by a method based on singular value decomposition exhibits a monotonous decrease with an increase in the interconnect size. An artificial neural network-based fitting revealed a nonlinear relationship between the microstructure index and the average yon Mises stress in the ultrafine interconnects. Future work to address the randomness of microstructure and the resulting scatter in the reliability is discussed in this study.     

反应溅射Nb-Si-N薄膜的微结构与力学性能

在Ar、N2和SiH4混合气体中,通过反应磁控溅射方法制备了一系列不同Si含量的Nb-Si-N复合薄膜,采用EDS、XRD、TEM、AFM和微力学探针表征了复合薄膜的成分、相组成、微结构和力学性能.结果表明,采用反应磁控溅射技术通过控制混合气体中SiH4分压可以方便地获得不同Si含量的Nb-Si-N薄膜.少量Si的加入使薄膜得到强化,并在Si含量为3.4%时达到硬度和弹性模量的最高值,分别为53 GPa和521 GPa.进一步增加Si含量,薄膜的硬度和弹性模量逐步降低.Nb-Si-N薄膜力学性能的提高与其晶体缺陷的增加有关.     

Effective elastic moduli and interface effects of nanocrystalline materials

Many properties of nanocrystalline materials are associated with interface effects. Based on their microstructural features, the influence of interfaces on the effective elastic property of nanocrystalline materials is investigated. First, the Mori-Tanaka method is employed to determine the overall effective elastic moduli by considering a nanocrystalline material as a binary composite solid consisting of a crystal or inclusion phase with regular lattice connected by an amorphous-like interface or matrix phase. The effects of strain gradients are then examined on the effective elastic property by using the strain gradient theory to analyze a representative unit cell. Two interface mechanisms are elucidated that influence the effective stiffness and other mechanical properties of materials. One is the softening effect due to the distorted atomic structures and the increased atomic spacings in interface regions, and the other is the baffling effect due to the existence of boundary layers near interfaces.     

感应重熔对高速轧机轴承热喷涂层微观组织性能的影响

为了改善高速轧机轴承热喷涂层的微观组织性能,采用感应重熔技术对GCr15轴承钢表面预制备的高能火焰喷涂Ni60A涂层进行感应重熔处理,并利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计对感应重熔前后涂层的孔隙率、微观组织、显微硬度等进行对比研究,探讨感应重熔对涂层以及界面微观组织、显微硬度的影响.结果表明,高能火焰喷...     

原位观察铜网格增强Al/Cu复合材料的断裂行为

将一种按正交法编织的铜网格作为增强体引入到铝基体中制备了Al/Cu复合材料,再借助原位拉伸扫描电镜(SEM),观察了铝铜复合材料的组织演变,研究了其断裂机理与力学性能之间的关系.结果表明:在相同轧制变形量下,25 ℃冷轧和400 ℃热轧均可破碎增强体铜网格,并使其均匀分布于基体铝板.复合板原位拉伸下的载荷-位移曲线均表现出明显的弹性阶段、塑性阶段和失效阶段,微裂纹在Cu颗粒周围和应力集中处萌生,主裂纹及其扩展主要是Cu颗粒周围界面分层开裂与微裂纹沿滑移线方向的扩展共同作用下形成的,并且最终沿滑移线的断裂路径与单轴拉伸方向呈45°.发生在Al层的塑性断裂和Al/Cu结合界面上的界面分层断裂是Al/Cu复合板两种主要的失效方式.     

TiN/Si3N4界面结构对Ti-Si-N纳米晶复合膜力学性能的影响

采用多层膜模拟的方法研究了Ti-Si-N纳米晶复合膜中Si3N4界面相的存在方式,以探讨纳米晶复合膜的超硬机制。研究结果表明：Si3N4层厚对TiN／Si3N4多层膜的微结构和力学性能有重要影响。当Si3N4层厚小于0．7nm时,因TiN晶体的“模板效应”,原为非晶态的Si3N4晶化,并反过来促进TiN的晶体生长,从而使多层膜呈现TiN层和Si3N4层择优取向的共格外延生长。相应地,多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应,最高硬度和弹性模量分别为34．0GPa和352GPa．当层厚大于1．3nm后,Si3N4呈现非晶态,多层膜中TiN晶体的生长受到Si3N4非晶层的阻碍而形成纳米晶,薄膜的硬度和弹性模量亦随之下降。由此可得,Ti-Si-N纳米晶复合膜的强化与多层膜中2层不同模量调制层共格外延生长产生的超硬效应相同。     

Cu基亚稳难混溶合金液-液相变

通过气体雾化技术研究了Cu100-XFeX (X=15, 20, 30和40)合金的凝固行为. 考虑少量相液滴形核、扩散长大、空间迁移、凝固界面与液滴间的相互作用以及体积分数等共同影响因素,建立了能描述该类合金凝固组织演变动力学模型. 将数学模型与雾化液滴飞行过程中运动、传热和传质的控制方程相耦合,给出了数值求解方法,模拟计算了Cu基亚稳难混溶合金液-液相分离过程. 结果表明:富Fe粒子的平均尺寸随着Fe含量的增加而增大;少量相液滴形核发生在基体熔体过饱和度峰值附近;随着冷却速度的增大,雾化液滴中少量相液滴的形核率增大,但平均半径减小;少量相液滴在Marangoni迁移和与固/液界面相互排斥共同作用下,向雾化液滴中心迁移,使雾化粉末最终形成壳型组织结构.     

TA2-Q235B爆炸复合板钢侧组织特征

借助光学显微镜、电子背散射衍射和扫描电子显微镜等测试技术和手段,系统地研究热处理温度对TA2--Q235B爆炸复合板钢侧组织转变的影响,并分析了其形成机理.结果表明:在热处理过程中,钢侧界面组织发生脱碳,形成完全由铁素体组织组成的脱碳层,这些铁素体没有织构特征;当热处理温度在850℃及以下时,钢侧界面组织在靠近波头漩涡的地方发生异常长大,形成粗大的铁素体;当热处理温度在900℃及以上时,钢侧界面组织在钛钢复合界面上发生异常长大,产生柱状的铁素体组织.这些组织的形成受到碳元素的扩散和钢侧基体组织相变的共同作用.热处理过程中,界面产生的TiC在界面上分布不均,随温度升高,在界面局部富集,从而加速了碳元素向界面的扩散.