车轮钢形变断裂过程的原位研究及氢影响

在扫描电镜下对CL60车轮钢单边缺口薄试样(厚度≤0.5mm)进行了原位拉伸实验,并研究了氢的影响.在金相显微镜下观察了带预裂纹的厚度为30mm的楔形张开加载试样开裂过程.结果表明,对薄试样拉伸变形时,不论是否有氢,先共析铁素体优先发生塑性变形,微裂纹沿先共析铁素体与珠光体团的边界形核、扩展;在有氢的情况下,微裂纹更容易通过夹杂物的剥落或夹杂物与基体界面的分离而萌生;薄试样拉伸主要是韧窝断口;对厚试样,裂纹主要通过珠光体中渗碳体片层开裂而扩展,断口也因此主要呈解理特征.     

AZO种子层对ZnO纳米棒结构和光致发光性能的影响

采用水热法以不同溅射时间(5~25min)制备的AZO种子层载玻片为衬底,制备出具有较好光致发光性能的ZnO纳米棒.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)表征了样品的晶体结构、表面形貌和光致发光性能.结果表明:AZO种子层对ZnO纳米棒起到了很好的导向作用,使c轴取向更好,实现对生长方向的控制.AZO种子层的溅射时间对纳米棒的PL谱有重要影响,在一定范围内随着溅射时间的增加,ZnO纳米棒的近紫外发光峰有明显的增强,深能级发光峰有一定的减弱.当溅射时间为15min时,PL谱显示紫外发光峰强度最大,光致发光性能最佳.     

EB-PVD热障涂层热扩散系数测试方法及其影响因素

采用激光脉冲法研究电子束物理气相沉积（EB-PVD）热障涂层热扩散系数的测定,对测定结果进行误差分析,研究试样热处理状况和遮挡层对热扩散系数的影响。结果表明：随着测试温度升高,EB-PVD热障涂层的热扩散系数先减小再增大,但在25～1200℃的测试温度范围内,变化幅度不大;在25℃时测试相对误差为4．6％,其余各温度的相对误差均小于1．5％;热扩散系数的变化与陶瓷材料的本征热导率随温度的变化以及涂层的微结构密切相关;热处理使涂层中产生了垂直于基体表面的微裂纹,部分热流通过微裂纹可直接到达涂层表面,导致热扩散系数增加;喷Au加石墨复合遮挡层的试样其热扩散系数比单一石墨遮挡层试样的低,主要是由于低发射率的Au减弱了辐射对传热的贡献。     

成型加工工艺条件对蒙脱土在聚丙烯基体中分散的影响

利用自制的微纳层叠挤出成型设备在不同螺杆转速工艺条件下制备了聚丙烯(PP)/蒙脱土(MMT)纳米复合材料。通过电子扫描显微镜(SEM)、广角X射线衍射(WAXD)、透射电子显微镜(TEM)和万能拉伸试验机对不同螺杆转速下的试样进行了结构与性能的测试与分析。结果表明,改变成型工艺条件中的螺杆转速会影响MMT在PP基体中的分散和力学性能,但是作用效果不明显;适当提高螺杆转速在一定程度上可提高MMT层间距,但过高的螺杆转速反而会造成MMT层间距变小。     

三元乙丙橡胶的人工气候老化

利用氙灯人工气候箱对三元乙丙橡胶(EPDM)进行人工气候老化实验,采用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、电子万能试验机和色度计研究了人工气候老化对EPDM化学结构、表面形貌、力学性能和颜色的影响. 结果表明:在氙灯人工气候环境中老化90d后,EPDM表面生成一层厚度约2μm的氧化膜,其组成包括有C-O-C/C-OH、CO和O-CO;交联密度随老化时间的变化基本呈线性增加;随老化时间的延长,试样表面粗糙度增加,有孔洞和微裂纹生成,拉伸强度、撕裂强度和硬度增加,EPDM试样表面变红变黄,亮度增加.     

微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响

利用不同奥氏体化温度和冷却速率对碳质量分数为0.54%高速车轮钢进行热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距微观组织的试样.在-120~20℃温度下对具有不同微观组织的拉伸试样和三点弯曲(3PB)缺口试样进行测试;采用二维平面应变有限元计算三点弯曲缺口试样缺口前的应力分布;利用扫描电镜对3PB试样断口进行观察并测量解理起裂源的位置;测定不同微观组织车轮钢试样的解理断裂应力.在扩展控制断裂机制下,微观组织对车轮钢的解理断裂应力具有明显影响,晶粒尺寸和珠光体片间距越小解理断裂应力越高.细化晶粒使未扩展微裂纹的特征长度减小,细化珠光体片间距有助于提高珠光体的有效表面能,从而使得解理断裂应力提高.     

Co/AlO/FeNi三层膜的磁结构特性

利用多靶离子束溅射配合振动样品磁性分析技术对Co/AlO/FeNi纳米三层膜进行了分步制备与磁特性研究.分析结果表明,Co膜与FeNi膜的层间耦合强度及类型取决于中间隔离层(铝膜或氧化铝膜)的性能和厚度;垂直样品膜平面的电流输运机制源于电子隧穿和自旋电子流对铁磁层局域磁矩的作用.     

凝固浴条件对内衬型偏聚氟乙烯中空纤维膜结构与性能的影响

以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)编织管为内衬支撑材料,采用非溶剂诱导相分离法和水平涂覆工艺制备内衬型聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜,通过改变凝固浴剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)质量分数与温度等制膜工艺参数,改善用于膜生物反应器(MBR)中的内衬型PVDF中空纤维膜结构与性能。结果表明:膜分离层的孔径受DMAC质量分数与温度影响,降低DMAC质量分数或温度可以减小膜分离层孔径,膜通量减小;涂覆皮层的拉伸强度与爆破强度随凝固浴温度升高而增大,DMAC质量分数对它们的影响不显著;剥离强度与凝固浴温度、DMAC质量分数无关,保持在0.10 MPa左右。     

边部冲裁对双相钢拉伸性能影响的实验研究

为研究边部冲裁对双相钢(DP590、DP780和DP980)拉伸性能的影响,采用冲裁和线切割2种方法制备实验试样.基于MTS793材料试验机,使用非接触式视频应变测量方法,在常温下完成静拉伸实验.通过材料的力学性能曲线,分析原始标距对拉伸性能的影响以及不同断面质量下拉伸试样的力学性能响应、颈缩过程与断口形貌.结果表明:原始标距减小,基本不影响屈服强度、抗拉强度和最大力非比例伸长率,而断裂总伸长率显著增大;冲裁试样与线切割试样在拉伸颈缩段存在较大差别,断裂总伸长率低于线切割试样,且随着冲裁间隙的增大而减小;DP590和DP780冲裁试样在非均匀颈缩和横向裂纹出现后,呈现折线状断口,而DP980冲裁试样则与线切割试样的剪切滑移型断口类似,颈缩时产生显著的剪切带.     

鼓泡法测量有机薄膜力学性能

为了检验鼓泡法测试薄膜力学性能的可靠性,用鼓泡法试验研究了一种有机薄膜的弹性模量、弹性极限,及其在低碳钢基体上粘结的界面结合能.结果表明,该膜力学性能的测试结果与鼓泡法试样尺寸无明显关系,且与单向拉伸和拉脱实验结果基本相符.鼓泡实验测得该膜的二维弹性模量Y为(2.5±0.3)GPa,弹性极限σ e 为(14.0±1.5)MPa,界面结合能G为(13.9±2.2)N/m.     

沉积温度对VC纳米薄膜摩擦学性能的影响

采用磁控溅射技术沉积碳化钒(VC)纳米薄膜, 研究温度对VC薄膜的微观结构、 力学及摩擦磨损性能的影响, 并分析其内在关系. 结果表明, 沉积温度升高对VC薄膜的相结构和摩擦系数影响较小, 有利于降低薄膜中的应力和粗糙度, 可提高薄膜的硬度.     

BCN薄膜的硬度和剩余应力的研究

类金刚石结构的立方“BCN”材料由于兼有金刚石和立方氮化硼超硬、低摩擦的优点, 如有低摩抗磨、高的热稳定性和化学稳定性,并克服了它们的缺点,因而BCN薄膜材料被作为耐磨保护层,在电学、光学方面的性能也得到广泛应用。应用反应磁控溅射法将高质量的BCN 薄膜沉淀在硅基底上,通过用微压痕测量和弯曲技术研究了他们硬度和剩余应力,发现施于薄膜沉淀物上的偏压对其硬度和剩余应力均有重要影响。     

非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射-透射研究

通过对非寻常光在光轴平行于入射面的单轴晶体中传播情况的分析,研究了光轴平行于入射面时,非寻常光在单轴晶体薄膜中的反射与透射特性.根据入射光、反射光和折射光之间的相位匹配条件,利用单轴晶体的折射率面和非寻常光光线与光波法线的关系,得到单轴晶体光轴平行于入射面时其表面的边界条件.然后根据晶体内部前后表面处电场量的相位关系,联系两表面处的边界条件,计算了单轴晶体薄膜的反射率与透射率.应用得出的计算方法,计算了石英(正晶体)薄膜和铌酸锂(负晶体)薄膜的透射率和折射率随光轴角度的变化关系.结果表明,计算方法正确,不仅适合正晶体对负晶体也适用,求解方法简单实用,所给的表达式具有一般性,可以直接使用.     

典型盐岩力学特性分析

通过单轴、三轴压缩实验及劈裂等实验研究了湖北云应、江苏淮安和河南平顶山3 个地区层状盐矿岩样的短 期力学特性,并对不同地区及不同深度地层的纯盐岩力学特性进行比较分析。结果表明：（1）3 地区中单轴抗压强度 和弹性模量最大的岩样为泥岩和含泥岩的盐岩,而其泊松比却是最小的,证明了泥岩变形性能差的特性。含有不同杂 质的盐岩其抗压强度和弹性模量有所增加,其泊松比对杂质的变化不是太敏感。纯盐岩抗压强度、弹性模量和泊松比 随地层深度的增加而增大,取自较浅地层的岩样单轴实验有明显的压密阶段。（2）不同地区的岩样都有随围压的增大 峰值强度相应增大的规律。纯盐岩的内摩擦角基本都大于其他岩样的值,而黏聚力则都小于其他岩样的值。反映了纯 盐岩晶体颗粒大,含杂质少的特点。（3）不同地区的纯盐岩相对于其他岩样的抗拉强度最小。     

熔接型聚丙烯土工格室拉伸特性试验研究

土工格室的强度取决于条带强度和节点强度,同时条带生产工艺和节点连接方式对土工格室强度也有一定的影响。通过对拉伸型聚丙烯(Polypropylene,PP)土工格室条带和热熔焊接型节点进行室内单轴拉伸试验,研究试样形状（哑铃形、窄矩形、宽矩形）和试样宽度对PP土工格室条带强度及拉伸变形特性的影响,并比较不同受力状态下熔接节点的失效模式及强度大小。结果表明,3种形状试样的抗拉强度及伸长率从大到小均为宽矩形、哑铃形、窄矩形,试样宽度对PP土工格室条带拉伸性能的影响显著大于试样形状,熔接节点依托于PP条带下的拉伸力学性能表现良好,熔接节点在不同受力状态下的强度从大到小为剪切强度、对拉强度、剥离强度。试验结果可为土工格室的生产、应用以及加筋加固机理的研究提供参考和借鉴。     

Determination of Mechanical Properties of Micromembranes with Compressive Residual Stress

A novel model of a load-deflection method to determine the mechanical properties of micromembranes with compressive residual stress is described. Since thin film structures are frequently used in micro devices, characterisation of mechanical properties of thin films is desired by the design and fabrication of micromachines. In this paper, the mechanical properties of thin micromembranes under compressive stress are characterised, which are fabricated by bulk micromachining. The relation between the center deflection and the load pressure on a square membrane is deduced by modelling the membrane as an elastic plate having large deflection with clamped boundaries. According to the model, whether the membrane has initial deflection or not has no effect on the measurement result. The Young's modulus and residual stress are simultaneously determined. The mechanical properties of siliconoxide, silicon nitride membranes and composite membranes of polysilicon with silicon nitride are measured.     

多孔材料的孔结构对其力学性能及破裂机制的影响

针对多孔材料的孔结构对其宏观力学性能及其破裂机制与耐久性的影响,对两种不同孔结构的多孔材料进行了单轴压缩和冻融循环试验,建立了能反映材料内部孔隙结构的三维非均匀数值模型,对两种多孔材料在单轴压缩下的破裂机制进行了分析.实验结果表明:孔结构对于金尾矿多孔材料的力学性能有显著影响.较大的孔隙率除会显著降低材料的抗压强度外,吸能性能会显著增加;在±25℃范围内冻融循环10次条件下的试验结果表明,当金尾矿多孔材料的孔隙率较小且为闭孔结构时,孔洞因冻融造成的孔壁颗粒脱落填塞而造成材料的抗冻性能有所提高;孔隙率较小时,金尾矿多孔材料在单轴压缩下的裂纹扩展主要从试件两端向试件中部扩展贯通为一条连续主拉裂纹,次生裂纹较少;而孔隙率较大时,压缩过程会出现大量微裂纹,最终主裂纹附近会伴随大量次生裂纹.     

Nanomechanics: response of a strained semiconductor structure

The nanomechanical properties of thin silicon films will become increasingly critical in semiconductor devices, particularly in the context of substrates that consist of a silicon film on an insulating layer (known as silicon-on-insulator, or SOI, substrates). Here we use very small germanium crystals as a new type of nanomechanical stressor to demonstrate a surprising mechanical behaviour of the thin layer of silicon in SOI substrates, and to show that there is a large local reduction in the viscosity of the oxide on which the silicon layer rests. These findings have implications for the use of SOI substrates in nanoelectronic devices.     

低阻硅TSV与铜TSV的热力学变参分析

硅通孔（through-silicon-via,TSV）是三维集成技术中的关键器件.本文对低阻硅TSV与铜TSV的热力学特性随各项参数的变化进行了比较.基于基准尺寸,比较了低阻硅TSV和铜TSV在350℃的工作温度下,最大von Mises应力和最大凸起高度之间的不同.基于这两种结构,分别对TSV的直径、高度、间距进行了变参分析,比较了不同参数下,两种TSV的热力学特性.结果表明,低阻硅TSV具有更好的热力学特性.      

含孔洞大理岩破坏特性的颗粒流分析

基于室内单轴压缩试验结果,利用颗粒流程序PFC2D,模拟含预制孔洞大理岩在单轴和双轴压缩条件下的破坏过程,分析预制孔洞形状、围压大小以及岩石非均质性对大理岩力学特性和裂纹扩展的影响.数值结果表明:与完整大理岩试样相比,含孔洞试样的峰值强度显著降低,降低程度与孔洞形状有关;围压对含孔洞大理岩试样的力学特性和裂纹扩展有显著影响,含孔洞试样的峰值强度随围压的增加而增加,但偏应力峰值随围压的增加呈先增大后减小的变化趋势;试样的破坏模式与孔洞形状相关,含圆形孔洞试样为类X型剪切破坏,含矩形孔洞或马蹄形孔洞试样为对角剪切破坏;岩石内部的矿物结核影响了裂纹的扩展路径,从而改变试样的宏观破坏模式.微观机理分析表明:孔洞周边裂纹的萌生与扩展过程伴随着应力集中区的释放与转移;含孔洞试样的宏观裂纹有3种模式:孔壁剥落、拉伸裂纹和压剪裂纹.