铁基纳米晶合金的界面缺陷结构及力学性能

正电子寿命谱结果表明,在由非晶晶化法制备的大块纳米晶(晶粒尺寸为1—100nm)合金的界面处存在两类缺陷:自由体积型缺陷和纳米空洞.前者尺寸小于一个单空位,后者约为几个单空位大小,且通常位于几个晶界的交叉点处.两者相比,自由体积型缺陷是一种浅的捕获势,但其数量可占90%以上.值得注意的是随着晶粒的粗化,纳米空洞的尺寸和浓度将发生显著的变化.因此可以想象这种类型的缺陷将对纳米晶材料的界面结构及性能产生极大的影响.目前有关这方面工作的报道很少.     

α-Fe(Si)纳米相的晶格畸变

纳米晶合金通常是指晶粒尺寸为1—100nm的单相或多相多晶合金.该材料可视为纳米晶体和晶界两部分.Gleiter等称纳米晶材料的晶界是一种既无长程序又无短程序的类气态结构.到目前为止,纳米晶材料的界面结构得到了广泛的研究,而且该材料的许多性能亦多从界面结构及界面体积百分数来寻找答案,然而,Thomas等利用高分辨电镜并未观察到Gleiter等称的类气态的界面结构;同时,文献[7]表明纳米晶Pd的热膨胀和热振动行为与普通晶体材料并无明显的区别,而通常认为纳米晶材料的热膨胀系数远大于普通晶体的值,原     

氧化物粒子弥散强化的合金中界面对高温氦脆的抑制机理研究

探讨了在 0.5T_m(T_m为材料熔点)温度附近一种氧化物粒子弥散强化的铁基合金中惰性气体离子辐照引起的组织结构变化. 实验利用高能²⁰Ne离子辐照材料样品至3个剂量水平. 借助透射电子显微镜发现, 即使在最高辐照剂量, 材料的晶界处也没有发生空洞的加速生长, 显著区别于相同辐照条件下传统铁基合金的组织结构变化. 这个特点反映出氧化物粒子弥散强化合金具有在高温和高氦产生率的苛刻环境中(诸如在聚变堆内部)使用的潜力. 晶界处空洞生长的抑制效应可归因于材料晶粒内部高密度的氧化物纳米颗粒的界面对惰性气体原子的有效俘获和对辐照缺陷的回复作用.     

一种三维个体晶粒长大理论模型

晶粒的拓扑学特征及其演变规律对于晶粒长大的理论、实验及计算机模拟研究具有重要意义.50年代初,von Neumann最早揭示了单个二维晶粒长大速率与二维晶粒拓扑学之间的精确定量关系,获得广泛认可和实验验证,但至今仍缺乏单个三维晶粒长大速率与晶粒拓扑学之间的定量关系.1 基本原理及假设二维系统晶粒长大的研究常采用如下3个基本假设:(1)线性假设.即假设晶界的局部运动速率υ与迁移率m(定义为单位驱动力作用下的晶界运动速率)及作用在该局部的晶界迁移驱动力p之间存在下述线性关系:υ=mp(1)而驱动力p与晶界能γ及晶界局部曲率半径ρ关系如下:P=γ/ρ(2)(2)均一性假设.认为晶界迁移率m及晶界能γ为常数.(3)局域平衡假设.即在晶界迁移过程中,晶界相交处保持动态平衡.根据均一性及局域平衡假设,一个二维晶粒网络中,2个、3个晶粒相交分别形成一条棱和一个交点.在交点处,任两条棱之间的夹角为120°.基于上述3个基本假设,von Neumann采用沿晶界周线积分的方法导出了单个二维晶粒的长大速率方程:     

纳米固体钼、氮化二钼、钛、氮化钛的DSC分析

纳米固体材料是一种新型的类气体结构固体材料.结构上表现为既无长程有序又无短程有序.其构成通常是由超细颗粒(纳米级颗粒)在保持清洁表面的情况下压制成型,形成块状材料.由于颗粒很小,界面部分所占比例很大(可达20—50%左右).形成固体后,原来颗粒的自由表面成了材料内部的界面.这种结构,使得材料具有许多显著特征和优异性能.从热力学观点来看,这是一种亚稳态结构.     

ZnO压敏陶瓷中富Ba晶界相的生成与控制

已知在通常的ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3系陶瓷中,加入Ba添加剂,由于Ba离子半径大而易偏析于晶界,故能进一步改善其非线性性能,但近来对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-BaO系压敏陶瓷的研究则发现,在一定的条件下,Ba离子不仅只是偏析于晶界,而且形成富Ba的新晶界相,经分析为偏锑酸钡(BaSb_2O_6)相;由氧化铋(Bi_2O_3)、尖晶石(Zn_(2.33)Sb_(0.67)O_4)、偏锑酸钡组成的晶界相,改变了通常的压敏陶瓷中晶界相的结构、组分和性质,从而影响及晶粒间的界面性质和界面处的肖特基势垒;当这几种晶界之间有适当比例时,能显著地改善压敏陶瓷在长期电负荷下工作的稳定性.对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3系陶瓷在烧结过程中晶相的生成已有报道.本文对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-BaO系压敏陶瓷中,偏锑酸钡相的生成过程及影响因素进行讨论;在发现常用的SiO_2,Cr_2O_3添加剂对偏锑酸钡相生成有重要影响的基础上,对这种影响的机理进行分析,所得到的一些实验结果,对压敏陶瓷制备过程中添加剂及工艺参数的控制会有重要的指导作用.1 材料与方法实验试样除主成分ZnO外,Bi_2O_3,Sb_2O_3,BaCO_3添加剂(各自在0.2～1.5 mol%范围内调整)作为基本成分加入,另外还有其他改性添加剂,原材料均为化学试剂纯度,制备三组试样(表1),A组试样不含SiO_2和Cr_2O_3,B,C组在     

破解非晶结构之谜：连接非晶态和晶态的中程序结构单元

非晶态结构本质一直是凝聚态物理和材料科学中最有趣和最基本的问题之一。非晶合金因其简单的金属键结合及密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。研究发现,非晶中存在着不同尺度的局域有序结构,其中5~20 埃米尺度范围对应中程序。近来研究揭示其在非晶合金的相变和形变过程中发挥了越来越关键的作用。现有的理论或者实验结果难以确定非晶态材料与其对应的晶态材料间是否存在中程或更大尺度范围的结构联系,同时现有的表征手段难以精确解析其短程到中 程尺度有序结构,导致中程序结构解析问题十分复杂。最近在经典大块非晶合金体系钯-镍-磷中通过对一种独特的亚稳立方 中间相进行解析,发现了一种桥接非晶态与晶态的手性中程序结构基元六元三帽三棱柱(6M-TTP)。该结构的短程序团簇以 一种奇特的手性结构构成约12.5埃米的中程序结构基元,其在铸态为长程无序堆积,而在一定温度可以转变成有序堆积的亚稳立方相。中程序结构的捕获和解析为揭示非晶态结构本质提供了新的结构模型,并且对非晶合金亚稳态中间相的析出动力学规律提出了新的解释。这些发现将有助于阐明非晶合金在中程序以及更大尺度上的结构排列,为解析非晶态的结构本质提供新的思路。     

ErCo_4原子簇的电子结构及磁性研究

快淬合金Er_xCo_(100-x)(x≈20)是一种强磁性材料.由于快淬工艺不同,它可能形成非晶态或准晶态结构.关于这种材料的准晶态结构、相变过程及磁性质,我们已做过系统的研究.与这一成分相近的非晶态ErCo_(3.44)的磁性质也已由Jouve等人进行过研究.结果表明:(1)准晶态及非晶态Er_xCo_(100-x)均存在着抵消温度T_(comp);(2)当T>T_(comp)时,非晶态及准晶态Er_xCo_(100-x)的磁化强度远高于晶态Er_xCo_(100-x)的磁化强度;(3)非晶态及准晶态Er_xCo_(100-x)的居     

非晶态纳米材料的固相化学制备

非晶态纳米材料因兼具非晶态结构和纳米尺度(通常在10～400 nm)的性质,在磁学、催化等领域均显示出诱人的前景。非晶微粒的常规制备方法大致有破碎法和雾化法两种,所得粒度一般大于20μm。近年来有两种方法引起了人们的广泛重视:一为溶液中的化学还原法,如通过水溶液中KBH_4(NaH_2PO_2,NaBH_4等)还原过渡金属离子,制备过渡金属(Fe,Co,Ni)-类金属(B,P)非晶态合金超细微粒,对Fe-B体系,粒径分布为10～100nm,比表面不超过20m~2/g,含B量不超过40％;另一种为机械合金化法,即通过基元混合或不同合金混合粉的高能机械球磨法,主要适用于过渡金属-金属体系。但其条件要求苛刻,不易得到均一的非晶合金组分,且尺度仅为微米量级。     

破解非晶结构之谜：连接非晶态和晶态的中程序结构单元

非晶态结构本质一直是凝聚态物理和材料科学中最有趣和最基本的问题之一。非晶合金因其简单的金属键结合及密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。研究发现，非晶中存在着不同尺度的局域有序结构，其中5~20 埃米尺度范围对应中程序。近来研究揭示其在非晶合金的相变和形变过程中发挥了越来越关键的作用。现有的理论或者实验结果难以确定非晶态材料与其对应的晶态材料间是否存在中程或更大尺度范围的结构联系，同时现有的表征手段难以精确解析其短程到中 程尺度有序结构，导致中程序结构解析问题十分复杂。最近在经典大块非晶合金体系钯-镍-磷中通过对一种独特的亚稳立方 中间相进行解析，发现了一种桥接非晶态与晶态的手性中程序结构基元六元三帽三棱柱(6M-TTP)。该结构的短程序团簇以 一种奇特的手性结构构成约12.5埃米的中程序结构基元，其在铸态为长程无序堆积，而在一定温度可以转变成有序堆积的亚稳立方相。中程序结构的捕获和解析为揭示非晶态结构本质提供了新的结构模型，并且对非晶合金亚稳态中间相的析出动力学规律提出了新的解释。这些发现将有助于阐明非晶合金在中程序以及更大尺度上的结构排列，为解析非晶态的结构本质提供新的思路。     

纳米结构金属晶界塑性机理的原子尺度模拟研究进展

纳米结构金属中富含晶界,对材料微观结构演化与宏观力学性能调控具有重要意义.厘清纳米结构金属晶界塑性变形的原子尺度机理,将之与材料宏观力学行为相联系,是纳米结构金属力学研究关注的核心问题.近年来,我们围绕晶界塑性变形机制及其影响因素,采用原子尺度模拟方法,探究了晶界诱导孪生与界面宏微观自由度的关联规律,揭示了晶界位错往复滑移主导的纳米晶体循环塑性机制,提出了孪晶界滑移诱导纳米晶体极端剪切变形,发展了取向依赖的晶界迁移和滑移转变模型,为纳米结构金属晶界行为预测与调控提供了新思路.本文梳理了晶界塑性原子尺度模拟的研究现状,总结了本团队从原子尺度探究晶界塑性变形机理的相关进展,指出了纳米结构金属晶界调控理论与力学表征的难点和挑战.     

化学镀钴基垂直磁化膜的磁力显微镜研究

垂直磁记录是一种高密度的磁记录方式.从实用的角度出发,逢坂弥哲在1981年提出了用化学镀方法制备CoNiMnP垂直磁化膜;薄膜的磁结构对其磁记录性能具有直接影响.磁力显微镜(MFM)是扫描探针显微术(SPM)的一种,通过控制磁性针尖在样品表面的扫描可获得表面磁场信息,它被较多地应用于研究磁头和磁盘或其他存储介质上的数据位结构,例如数据位的大小和形状、介质噪音、重写和材料承受高密度存储的能力,获得有关磁头性能及存储介质质量的的信息,分辨率优于25nm.MFM的一个主要优点是不需要特殊的样品制备技术,甚至样品表面可以裹镀非磁性薄层.我们根据多年研究制定的工艺参数,镀制了几种不同的CoNiMnP膜,对其形貌、磁性能等作了观察和分析,并用MFM观察和分析了这     

非晶合金在低地球轨道环境中的服役性能研究进展

随着人类航天技术的进步，对航天材料也提出了越来越高的要求，非晶合金(metallic glass, MG)由于其长程无序的特殊结构，有应用于低地球轨道(low earth orbit, LEO)上的巨大潜力。文章介绍了LEO中存在的导致材料失效的主要因素及其产生机制和作用机制，以及航天领域常用的材料种类及其特点；阐述了MG的发展历史、特点及应用前景；分别总结了MG在原子氧、热循环和空间辐照这些不利因素下的结构稳定性和性能稳定性，并以此来评价MG应用于LEO中的可行性；最后展望了未来MG在LEO环境中稳定性的研究方向。     

机械合金化制备Fe-Si-Nb非晶及其晶化过程研究

Fe-Si基合金是一种广泛应用的软磁材料。近年发展起来的纳米微晶Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9合金(即Finemet)具有优良的软磁性能,它由粒径10～20nm的α-Fe(Si)晶粒和剩余非晶相组成。许多工作表明这类材料的优良软磁性能与纳米量级大小的晶粒和传递交换耦合作用的界面有关。另外,Finemet是带状材料,其应用受到一些限制。文献[1]报道了通过机械合     

Fe基纳米微晶晶化相的穆斯堡尔谱和核磁共振研究

近年来,铁基微晶合金FeCuMSiB(M=Nb,Cr,V,W,Ta)具有优异的软磁特性引起人们的重视,其最好的软磁性能可以通过最佳的热处理条件得到,此时在非晶中,会均匀地长出直径约为10nm左右的FeSi相晶粒,与剩余的非晶相形成纳米微晶的晶粒与晶界.Herzer等人曾利用无规各向异性模型来解释该材料具有优异磁性能的原因,认为晶粒尺寸D足够小会使有效磁各向异性常数减小,其值与D~6成正比.然而,一些实验已经证实提高退火温度(例如T_a>600℃),其磁性能会急剧变坏,但此时的晶粒尺寸并未明显地变化,因此有关磁性能与材料微结构之间的关系还有待进一步的研究.     

电镀制造单晶铜

<正>金属及合金由于在力、热、电、磁等方面所具有的优异特性,成为人类文明与技术进步的关键材料.通常,冶炼加工获得的金属与合金均为多晶,存在各种取向的晶粒及大量晶界,通过对冶炼及加工工艺的设计优化,可以实现微观结构的调控,进而获得能够满足实际应用的理想材料.     

合金异相界面电子密度的计算

材料的表面与界面历来为人们所重视.利用原子间势能函数由最低能量去模拟晶界原子结构并考虑弛豫等因素的计算机模拟正陆续有文章发表.其中王崇愚院士成功地描述了缺陷复合体的原子结构及电子状态,在晶界偏析导致的脆化方面除S,P外又发现了Se等一些组元.程开甲院士在改进的TFD理论中提出了“固体中原子间的边界条件”.在这些工作的     

半导体陶瓷电阻率的电压效应的定量分析

电压效应是指材料的物理性能随外加电压变化的现象,在半导体陶瓷中这一现象是很普遍的.目前这一现象还没有定量的理论描述.本文由晶界势垒模型得到了半导体陶瓷电阻率的电压效应的定量结果,并探讨了减弱电压效应的方法.半导体陶瓷的电学性能主要是由晶界附近因电子结构不同而形成的晶界高阻层决定的,而晶界高阻层就是晶界附近的势垒层,因此晶界高阻层的电阻率可表为     

机械驱动下Fe-Sn及Cu-Sn纳米高温相的形成

通常的块体材料由具有长程序的晶态组元或短程序的非晶态组元构成,因而其体内存在的界面是很少的.纳米材料因其组元颗粒细小,处于界面上的原子既没有长程序也没有短程序,从而界面成为其基本组元,不容忽略.由此引起了纳米材料许多不同于通常块体材料的独特性能.然而纳米材料的制备一般局限于惰性气体冷凝沉积技术和液态化学方法.     

纳米固体镍钛的居里温度

纳米固体是一种全新结构的固体材料.由于它的特殊结构和性能,引起了科技界和工业界的重视,开展了广泛的研究.我们这里所指的纳米固体是由超细颗粒(通常为1～100 nm)在保持较清洁的表面原位加压成型的块体材料.由于所组成的是超细颗粒,且具有很高的界面体积从而使材料的物理性能有很大改变甚至完全与常规材料不同.本文介绍采用TG方法测得的纳米固体镍钛的居里温度及其变化.