关键词： 滑动轴承   聚四氟乙烯   自润滑轴承材料   摩擦性能,表面微结构取向   转移膜  

摘要： 研究了聚四氟乙烯(PTFE)基自润滑轴承材料与45#钢对摩时,对偶件45#钢表面微结构取向对PTFE基自润滑轴承材料摩擦学性能及转移膜的影响。结果表明:对偶件表面微结构取向与摩擦方向的夹角为0°和90°时,形成的转移膜较为均匀,且磨损量较小;夹角45°时,形成的转移膜不完整,且磨损较大。

关键词： EB-PVD   强化机制   纳米弥散   铜基复合材料  

摘要： 采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备了纳米钼颗粒弥散强化铜基复合材料(Mo体积含量为2.5%~10.8%),对其材料微观结构、钼含量和硬度、电阻率关系进行了研究。结果表明:Cu-Mo复合材料中铜基体由柱状晶铜组成,Mo颗粒平均直径为2.4~8.1 nm;随着钼含量增加,铜基体柱状晶宽度逐渐减小,Mo颗粒平均直径逐渐增加,硬度、电阻率逐渐增加;EB-PVD制备的Cu-Mo复合材料主要强化机制为Orowan机制。

关键词： 分子动力学   钨纳米线   应力应变曲线   晶向  

摘要： 采用嵌入原子势,使用分子动力学方法,模拟研究了[110]、[112]和[111]三个晶向钨纳米线的拉伸弛豫过程的微观破坏机理.并引入共近邻分析方法、配位数及中心对称参数法来分析它的结构和形状的演化过程.结果表明:不同晶向的纳米线拉伸时具有不同的力学性能,[111]晶向具有最大的弹性模量、屈服应变、屈服强度与断裂应变,其次是[110]晶向,最后是[112]晶向.晶向对弹性模量的影响较小,但对屈服应变、屈服强度、断裂应变影响较大.模拟结果还表明:这三个晶向均具有弹性、损伤、屈服及颈缩断裂四个阶段,且发现[112]晶向具有强化阶段,即应力随应变的增加而增加,重新恢复承载能力,但其断裂应变最小.并给出了这三种不同晶向拉伸断裂的机理.

关键词： 超精密机床   气浮导轨表面   微结构   减阻   V形沟槽  

摘要： 以减少超精密机床气浮导轨高速运动时气体阻力为设计目标,应用雷诺平均方程(Reynolds-averaged Navier–Stokes equations,RANS)和带旋流修正的k-ε湍流模型,建立导轨微结构功能表面流体动力学减阻分析模型。采用减阻机理分析与仿真方法对比分析矩形沟槽、V形沟槽、U形沟槽、Space-V沟槽等四种微结构表面构型,确定最适合超精密机床气浮导轨表面减阻需求的构型是V形沟槽结构表面。继而对V形沟槽表面几何参数进行优化设计,获得优化的沟槽角度、宽度、间距设计参数,确定最优超精密机床静压气浮导轨微结构功能表面。该设计研究可用于进一步保障超精密机床设计精度和运动精度。

关键词： 粉煤灰/铝合金复合材料   挤压铸造   颗粒增强   高体积分数  

摘要： 以7075铝合金为基体材料,采用挤压铸造法将铝合金熔体压入粉煤灰颗粒堆积体内而制得复合材料。主要通过控制模具的温度、粉煤灰量和合金浇注温度等几个方面来控制材料的制备;通过金相显微镜和环境扫描电镜,分别对不同压力、浇注温度、粉煤灰含量所获得的复合材料显微结构进行观察。结果表明,压力对复合材料的结构及形貌均具有明显影响,压力的增大有利于晶粒细化及孔隙率的减小,并有利于粉煤灰的均匀分布。随着液体浇注温度的提高,粉煤灰的分布也越来越均匀,但同时也伴随着一些缺陷的产生如气孔。粉煤灰相对于合金的量对该复合材料的组织有很大影响,即对孔隙率、粉煤灰的分布状态有明显作用。

关键词： 防污材料   分子仿生   综述   可降解   微结构   仿生技术   防污技术   直接电解  

摘要： 随着仿生技术的不断研究,仿生防污技术越来越受到重视,防污技术的研究发展有利于保护海洋生态平衡。本文对化学防污法、海水直接电解和电解重金属的防污法、防污涂料法、表面微结构法等特性进行防污的仿生材料研究做一综述,阐述了国内外的在该领域的技术突破和成果,并为后续的研究奠定了基础。

关键词： 复合耐火材料   Ti3AlC2结构   Si氧化物   非氧化物   显微结构  

摘要： 含碳耐火材料和Si3N4结合SiC是非氧化物在耐火行业中应用最广泛的两个体系。含碳材料作为主要的耐火材料在钢铁冶炼中使用多年，但仍然有许多问题没有解决;如对钢水的增碳问题在低碳超低碳钢冶炼中更加严重，低碳耐火材料使用寿命短等问题仍待解决。而在Si3N4结合SiC耐火材料生产中，由于试样外层的Si首先被氮化生成Si3N4，导致试样外层致密化抑制了N2向试样内部进一步的渗透;最终形成了试样外层Si3N4为结合相，内层为Si结合碳化硅的“框架结构”。\n 在Ti3AlC2的结构，合成方式以及应用等方面已进行了一系列研究。但将其应用于Al2O3-Si-C耐火材料中部分取代石墨制备低碳耐火材料尚未见报道;本工作利用Ti3AlC2逐步取代铝碳耐火材料中的石墨，制备低碳铝碳耐火材料;并研究Ti3AlC2在埋碳环境中结构演变，及其对低碳铝碳耐火材料力学性能特别是抗热震性能的影响;进一步探究不同侵蚀条件下Ti3AlC2对Al2O3-Ti3AlC2-Si-C耐火材料侵蚀界面的影响，揭示Ti3AlC2的蚀变过程并提出了Ti3AlC2影响铝碳耐火材料侵蚀性能的机理。此外，借鉴Al2O3-C耐火材料中Si-C反应原位生成陶瓷结合相增强试样高温强度的思路，在试样基质中引入合适碳源，在埋碳/氮化气氛下热处理，通过将试样基质中的Si转化为氮化物/碳化物，最终优化SiC基耐火材料的结合体系与显微结构;系统讨论了碳源、热处理气氛条件以及添加剂等因素对氮化程度、基质相貌和骨料/基质界面的影响;在此基础上研究了显微结构与试样力学性能的相关性。研究结果表明:\n (1)埋碳的热处理环境下，Ti3AlC2中的Al元素的空位迁移以及与CO的反应过程降低了Ti3AlC2热稳定性;而在Al2O3-Ti3AlC2-C耐火材料中，由于Ti3AlC2在高温下一系列的反应与分解，促进了柱状Al2TiO5、SiAlON和Al-Si-C-O晶须等一系列陶瓷增韧结合相形成;提高了试样的结合强度。最终当试样中石墨含量从10wt％降至4wt％时，由于新的结合相生成，特别是Al2TiO5相生成，有效抑制了试样抗热震性能的急剧下降。\n (2)在传统铝碳耐火材料侵蚀过程中，渣的渗透-熔解侵蚀-内层石墨氧化-氧化物/碳的复合结构消失-渣的再渗透，这一循环步骤持续地发生导致耐火材料熔损。利用Ti3AlC2部分取代试样中石墨制备低碳铝碳耐火材料后，在侵蚀界面上形成一层CaAl2Si2O8-xAl2O3·yTiO2隔离层，抑制了上述熔损过程的持续发生;隔离层通过抑制氧化气体和侵蚀介质向界面内部的渗透导致脱碳层的消失;同时Al2O3-TiO2固溶相吸收渣中的Fe2O3和MnO，进一步抑制了渣的渗透能力。所以利用Ti3AlC2部分取代石墨制备低碳铝碳耐火材料后，虽然石墨含量降低，但实验室侵蚀结果显示其抗侵蚀能力反而有显著的提高。\n (3)在温度梯度和渣浓度梯度存在的侵蚀条件下，在渣侵蚀过程中Ti3AlC2自身的蚀变是一个分解-熔解-析出连续的过程。在反应层中Ti3AlC2是一个持续的逐步蚀变过程;有效的抑制了基质中石墨的快速氧化，也抑制了碳/氧化物高抗侵蚀复合结构的快速消失;有效提高了试样的抗侵蚀能力。而在渣层中Ti3AlC2分解的TiO2相促进CA6高熔点相形成，也抑制了渣的进一步渗透。\n (4)借鉴碳复合耐火材料中Si-C反应和埋碳烧结环境成功制备了自反应结合SiC耐火材料。在SiC骨料/基质界面上形成一层SiCxOy结合相有效提高了试样的结合强度;而添加硅铁合金能够有效促进试样的致密化;此外，硅铁合金通过气-固-液机理催化形成Si3N4晶须，提高试样的强度和韧性。当添加量为2.5wt％时，试样获得最高的常温抗折强度为34.9MPa。\n (5)研究不同碳源在氮化条件下对试样氮化程度的影响表明:基质中添加碳黑导致其在氮化的过程中与少量的O2反应形成弥散性微孔，为N2向试样内部的渗透提供了一个通道，有助于提高氮化程度;且能原位生成SiC纳米颗粒/晶须;通过协同的增韧效应使制品的性能显著提高。

关键词： Ni/NiO核壳纳米线   阻变存储器   微结构   退火温度   热处理  

摘要： 通过化学还原和热处理的方法制备出了具有核壳结构的Ni/NiO纳米线,利用扫描电子显微镜、X射线衍射、热重分析等手段对不同退火温度下的样品进行了结构表征和分析,分析了样品微结构对单根Ni/NiO纳米线器件阻变性能的影响。结果表明:随着退火温度的升高,Ni/NiO纳米线表面逐渐光滑,NiO薄膜层结晶度提高,NiO平均粒径逐渐增大,氧化层也逐渐变厚。I-V测试曲线表明,在300℃退火条件下,单根Ni/NiO纳米线器件展现出优异的阻变性能,开关比大,开关阈值电压小;但随着温度的升高,单根Ni/NiO纳米线器件阻变性能明显下降,其原因可能是因为退火温度的进一步升高导致了NiO薄膜层厚度的增加并提高了薄膜的结晶质量阻碍了导电细丝在NiO层内的产生造成的,只有在适当温度处理下出现的微结构才能使Ni/NiO纳米线器件具有最优化的阻变性能。

关键词： 炭/炭复合材料   活性熔体   基体改性   界面结构  

摘要： 碳的异质界面结构与性能是很多重要工程材料应用经常面对的实际问题。而碳材料与活性熔体的相互作用涉及到很多有重要应用背景材料的制备方法与性能。如C/C复合材料与Cu的连接是热核反应堆中垂直靶偏滤器的关键组成部分，而C/C-Cu(Ti)复合材料是制备电接触设备的重要材料，传统的C/C-SiC复合材料是作为重要的摩擦磨损材料。碳/异质界面是复合材料科学与工程中的核心问题之一，界面结构决定了其界面结合强度、应力传导、电子传输及热传导等性质。但是目前对于C/C复合材料与活性熔体相互作用界面的微观结构认识仍然停留在比较宏观的尺度上，在纳米原子尺度上的认识尚不清楚。基于对碳与活性熔体相互作用界面精细结构的认识不仅有助于加深理解材料的各种性能，也为材料制备工艺改进提供了理论依据。\n 本文利用透射电了显微术(TEM)，包括电子衍射(ED)、高分辨成像(HR-TEM)、Z衬度成像(HAADF-STEM)、X射线能谱(EDX)及电子能量损失谱(EELS)等方法，对涉及到三种不同应用背景材料的活性熔体与C/C复合材料的相互作用界面结构进行了系统的研究。\n 1.利用Ag-66.8Cu-4.5Ti wt.％合金作为填充金属，成功地将具有平直和锥形两种表面的C/C复合材料与Cu进行了焊接，对接头结构进行系统的研究。根据形貌特征可以把钎焊过渡区分为两个区域:靠近C/C复合材料侧的区域较大且形貌特征为白色和灰色相交替，定义为LayerⅠ;靠近Cu侧区域的典型特征为细小的白色相如孤岛状分布在灰色相中，此区域定义为LayerⅡ。研究表明，LayerⅠ区的微观组织结构不受C/C复合材料表面形状影响，均由初生Cu固溶体和Cu-Ag共晶组织组成。LayerⅡ区的显微组织结构略有差别:锥形表面情况下，在Ag(S.S)内部或在Cu(S.S)/Ag(S.S)晶界上形成大量Cu3Ti3O和γ-TiO;而平直表而情况下，仅由Cu(S.S)和Ag(S.S)组成，没有化合物相的生成。\n 首次在纳米原子尺度下完整地给出了树脂碳与熔融的AgCuTi焊料所形成的界面扩散-反应区微观结构。发现在树脂碳表面形成了50-100 nm厚的单晶Ag层，且这层单晶Ag能够很好的润湿树脂碳。TiC优先在Ag中形核并长大，靠近树脂碳形成细晶TiC，紧邻细晶TiC层为粗TiC晶粒，整个TiC层的厚度大约为1μm。扩散反应区结构可以表示为树脂碳/Ag层/细晶TiC/粗晶TiC/Ag(S.S)/Cu(S.S)。熔融AgCuTi焊料会渗入到树脂碳的微孔隙中，形成“钉扎结构”。当孔隙尺寸达到微米级时，界面处同样形成了一层小于50 nm厚的单晶Ag层，且Ag层与树脂碳具有良好的界面结合，过渡区结构类似于钎焊区与树脂碳的界面结构。同时发现界面处Ag的密排面{111}Ag倾向于平行于石墨的(0002)片层，即{111}Ag//(0002)C(g)。Ag在树脂碳界面处的聚集，大大提高了Ti活性，从而促进了反应的进行。\n 2.对在1100℃下熔融Cu-8 wt.％ Ti合金渗透C/C复合材料预制体所得的C/C-Cu(Ti)复合材料界面结构进行了系统的研究，结果表明，复合材料可以分为乱层网胎区和碳纤维束区。在乱层网胎区域，生成TiC的厚度一般为1-2μm。在热解碳与粗晶TiC之间形成了一层厚度不大于500 nm、形状不规则的Cu层，这一Cu层由取向差很小的Cu晶粒组成。在一些界面处发现细晶TiC和纳米Cu颗粒混合在一起，聚集在热解碳和粗晶TiC之间，形成了一层尺寸为几百个纳米厚的纳米颗粒混合层。界面结合的主要机制是在Cu与热解碳之间形成了一层不均匀的Cu2O。除此之外，其他的结合机制还包括:在富Cu层与热解碳之间生成约10 nm厚的TiC层。在碳纤维束区域，在热解碳/Cu界面形成了一层厚度约为50 nm的均匀Cu2O层;在一些区域界面处形成了约20 nm厚的Cu2O层。Cu与Cu2O之间主要为立方-立方取向关系，即[001]Cu//[001]Cu2O,(200)Cu//(100)Cu2O。\n 3.重新阐释了利用液态Si渗透法所制备的传统C/C-SiC复合材料的微观结构。系统的精细结构表征表明，SiC与热解碳之间存在两种典型类型的界面结构:(i)在热解碳表面首先生成一层细晶SiC，紧接着生成一层致密的微米级粗晶SiC。细晶SiC的晶粒尺寸一般小于200 nm，而细晶区的厚度一般小于1μm。(ii)热解碳表面直接生成微米级的粗晶SiC。不同热解碳之间可以通过取向不同、尺寸较大的SiC晶粒相连。界面微结构研究表明，SiC晶粒与热解碳在界面处倾向于形成近似{111}SiC//(0002)C(g)的取向关系。另外，发现靠近界面处存在大量尺寸为几十纳米的SiC亚晶界，由此推测细小的SiC晶粒可能会通过

关键词： 复合材料   二氧化钛   金   银   制备工艺   微结构调控   光催化性能  

摘要： TiO2是学者们最感兴趣的金属氧化物半导体光催化材料之一，它在许多方面的应用，尤其在能源和环境领域，都与其光吸收性能及载流子分离效率紧密相关。然而，TiO2作为光催化剂，经常会受到其较宽的带隙(～3.2eV)及光生载流子的快速复合限制。本论文通过调控TiO2的表面微结构，并在其表面负载贵金属，成功地构建了M/TiO2(M=Au，Ag)复合体系，因此增强了TiO2的光吸收能力，同时提升了TiO2界面光生载流子的分离效率。具体研究内容如下:\n (1)用三种不同钛源通过一步水热法合成了三种不同形貌的TiO2光阳极。线性扫描和光电流测试表明具有分级结构的TiO2纳米线/微米花(Hierarchical TiO2nanowires/microflowers，H-TiO2)光电极具有较好的光电催化分解水能力，归因于其较大的溶液接触面积及大量的活性位点，以及快速传输电子的能力。进一步的研究表明，钛源前驱体对于调控TiO2分级结构的形成起着关键性的作用。\n (2)通过光化学法以及后煅烧处理构筑了Au/H-TiO2复合体系。Au/Ti质量比约为0.231％时，Au/H-TiO2达到最大的光转化效率，约为纯H-TiO2的3倍。Au/H-TiO2光转换效率的提高归因于其相对较长的电子寿命和优异的电荷分离效率。稳定性测试表明，Au/H-TiO2复合体系具有优异的光稳定性和长期光电催化水氧化的实用性。光电转化效率测试结果说明，Au/H-TiO2在可见光区光活性的增强是由于“热”电子效应。本章工作提供了一种构筑高效光电催化水分解的金属/半导体电极体系的新方法。\n (3)通过光还原及简单的后退火处理合成了表面具有氧空位的Ag-TiO2-x光催化复合材料。沉积的Ag纳米颗粒增强了体系的光吸收能力及光生载流子的分离效率。与商业P25相比，Ag-TiO2-x不仅具有优异的光催化祛除NO能力，而且可以有效抑制毒性更大的中间产物NO2的产生。研究表明，在光催化祛除NO过程中，NO的光氧化以及NO选择性还原为N2这两个反应同时发生。氧化过程是由于h+和·O2-的协同效应，选择性还原反应是由于后处理过程引入的氧空位的作用。不同波长光下的NO祛除测试，进一步说明Ag的等离子共振吸收峰与可见光下光催化活性增强紧密相关。本章工作提供了一种设计能够在可见光下高选择性祛除NO的光催化材料的新方法。