Nb/α-Ti3Al体系的互扩散行为

采用反应扩散偶的方法,研究了Nb元素在α-Ti₃Al中的扩散行为.反应扩散偶经过120 h扩散退火,在高温(1 573 K)下生成了均匀的β-(Ti,Nb)扩散层;低温(1 273,1 423 K)下生成不均匀的扩散区,相组成为Ti₃Al(Nb),β-(Ti,Nb)及Nb₂Al.采用Dayananda方法计算了体系的扩散系数,即根据一个扩散偶的浓度分布曲线计算体系的扩散系数.采用平均扩散系数来表征体系的扩散系数,得出扩散模型和相关扩散机理.结果表明:Ti和Al的主扩散系数比Nb的主扩散系数大5个数量级;Ti的主扩散系数约是Al的2倍.Nb通过占据Ti的空位进行扩散,Nb的掺入阻碍了Ti元素扩散,从而提高了α-Ti₃Al体系的高温抗氧化性能.     

Si对TiAl合金高温抗氧化性能的影响

利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪等手段研究了TiAl-Si(原子数分数为0~20%)合金在1 173 K大气中24 h的恒温氧化.结果表明:Si元素可以有效地提高TiAl合金的高温抗氧化性能;随着Si含量的增加,氧化膜厚度依次减薄,TiO₂的含量逐渐减少,Al₂O3的含量逐渐增加,添加到10%左右时就有连续致密的Al₂O₃保护膜形成;Si在0~20%的添加过程中并没发现Si的氧化物生成.分析表明:Si对抗氧化性能的贡献可归结于Si与Ti有很好的亲和力,可以有效地降低Ti离子的活度、阻碍Ti离子的向外扩散, 相对来说增强了Al离子的活度,促进连续致密的Al₂O₃保护膜生成.      

Ti对Nb基合金高温抗氧化性能的影响

氧化物的体积与形成该氧化物消耗的金属的体积之比(PBR,Pilliing-Bed-worth Ratio),是判断氧化膜完整性的一个重要判据,是氧化膜内产生生长应力的主要因素之一.基于合金氧化行为建立了一个简化的氧化模型,给出计算合金单一氧化膜PBR的计算式,估算了Nb2O5,Ti2Nb10O29,TiNb2O7,TiO2的PBR.研究表明:在Nb基合金中加入合金化元素Ti,合金的高温抗氧化性能得到改善.实验表明:随着Ti含量的增加,合金氧化膜中氧化产物的种类和含量发生变化,致使氧化膜的PBR发生改变.随着Ti含量的增加,氧化膜的PBR值逐渐减小,致使氧化膜的完整性提高.     

镍基合金表面Al-Co共渗涂层制备

利用包埋渗法在镍基高温合金表面成功制备了Al-Co涂层.涂层为单层结构,显示出均匀、致密的特性,涂层主要由AlNi相、AlCo相和Al-Cr间金属化合物组成.涂层中Al和Co的含量明显高于基体中两元素的含量.基体与涂层之间有一层与涂层厚度相当的过渡层,过渡层是由于其内部的Al元素向外扩散导致Cr,W,Mo,Ti等元素析出而形成的.过渡层与基体和涂层之间的结合都较为紧密,达到了冶金结合.      

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研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.     

Nb离子注入γ-TiAl的高温循环氧化行为

研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.      

含泡沫镍中间层陶瓷/不锈钢接头微观组织和性能

连接温度850℃,保温时间60 min,用泡沫镍金属作为中间层真空钎焊Al₂O₃陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢,利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）分析钎焊接头的微观组织,利用剪切实验检测接头的力学性能。实验结果表明,不添加中间层时,接头平均剪切强度只有7.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷侧;添加泡沫镍中间层时,接头平均剪切强度达到101.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷与泡沫镍金属连接界面处。不添加中间层时,Ti元素主要分布在钎料与陶瓷以及钎料与不锈钢反应界面处;添加中间层后钎焊接头中Ti元素主要分布在中间层,与Ni元素形成TiNi₃,Ag、Cu和Ti元素分布更加均匀。      

LEO原子氧对空间材料侵蚀的数值模拟

提出了吸附作用(包括物理吸附和化学吸附)是引起空间材料原子氧腐蚀的主要机理.以此为依据,建立了相应的腐蚀量的反应-扩散方程.应用分子动力学经典碰撞理论的估算表明了方程中的物理作用项对于扩散效应为一小量,从而进一步简化了方程.在所建立的模型方程中,选用了基于Eyring绝对速率理论的扩散系数.对空间表面材料Kapton在近地轨道LEO(Low Earth Orbit)环境受原子氧侵蚀的过程进行了数值模拟,计算结果与飞行试验数据在误差允许的范围内符合得较好.     

CO2在RP5航空燃油中的质扩散系数测量

根据数字全息干涉度量原理搭建了气液质扩散系数测量实验平台,设计并加工了中空不锈钢恒温扩散槽,采用自编程序进行数字图像处理,通过测量298.15 K时0.33 mol/L KCl溶液在水中的质扩散系数验证了实验系统的正确性。实验测量了常压下278.15~343.15 K温度范围内CO₂在RP5航空燃油中的质扩散系数。随着温度的增加,CO₂在RP5航空燃油中的质扩散系数逐渐增大。不同温度下的质扩散系数可利用Arrhenius方程模型进行拟合,而且质扩散系数理论模型计算与实验测量结果之间的相对误差均小于9.51%。在实际工程应用中,可根据拟合的Arrhenius方程对CO₂在RP5航空燃油中的质扩散系数进行准确的预测,实验测量结果为燃油箱惰化系统的优化设计提供了数据支持。      

铜互连扩散阻挡层工艺优化

针对金属线间击穿电压小、可靠性差的问题，对铜扩散阻挡层（包括钽阻挡层厚度和氮化硅阻挡层薄膜质量）进行研究优化。使用自对准双重图形（SADP）方法能够使金属互连线的特征尺寸缩小，使得互连线扩散阻挡层的厚度期望降低。通过制备不同厚度的钽阻挡层对金属互连体系电阻和击穿电压做详细对比分析，发现硬质的钽金属对化学机械研磨（CMP）产生影响，导致互连体系电阻和击穿电压随着钽阻挡层厚度减小而增加，过薄的阻挡层会导致阻挡性能降低、整体晶圆均一性变差；铜线界面上存在的氧元素极大地降低了氮化硅的黏附性，影响阻挡层性能。在氨气预处理阶段通入不同流量的氨气，在预沉积阶段改变预沉积时间，增加过渡阶段，通过实验分析氮化硅的黏附性，结果证明:氨气流量的增加、预沉积时间的减少、过渡阶段的增加能提高氮化硅的黏附性，改善了薄膜阻挡能力。      

条件矩封闭模型应用于非预混湍流反应流动

推导了考虑分子和湍流扩散的条件矩封闭方程,并利用其模拟了二维非预混湍流反应流,计算结果与实验结果符合良好.结果表明,有限值的Damkohler数使条件平均变量偏离其平衡状态,且在混合分数η位于化学恰当比下的混合分数附近时偏离最大.Damkohler数的升高还使得条件和无条件平均的反应速率升高,并使条件平均变量向其平衡状态值趋近.本文还观察到以往的简化维数处理会引起一定的偏差.因此,对于一般的椭圆型反应流动,建议采用考虑扩散效应的CMC控制方程.      

湍流燃烧反应机理的简化

采用速率敏感度分析法分别对燃料为CO/H2和CH3OH的钝体绕流湍流扩散火焰的燃烧机理进行了简化.判断出了冗余组分,并通过对敏感度矩阵F的主成分分析,找出了次要反应,使原始的复杂湍流燃烧机理得到了大幅度的简化.简化机理与详细机理的计算结果吻合得很好.结果表明,速率敏感度分析的方法能大大简化复杂的湍流反应机理,且计算效率高,精度满足要求.     

航空用国产碳纤维/双马树脂复合材料湿热特性

针对1种航空用国产T700级碳纤维和4种双马树脂（QY9611、5429、QY9512、QY8911-4），采用3种湿热条件（100℃水煮、70℃水浸、70℃/85%相对湿度）对其复合材料单向层板进行湿热处理，通过研究吸湿量、扩散系数、显微结构、化学成分、耐热温度及力学性能，分析了复合材料的湿热特性。结果表明，4种复合材料在3种湿热条件下的吸湿行为均符合Fick第二扩散定律，100℃水煮时平衡吸湿量和扩散系数最大，70℃/85%相对湿度时两者最小。4种复合材料吸湿速度有明显区别，这与其原材料形式和成型工艺不同有关。湿热处理未导致复合材料内部产生损伤和化学变化，主要引起增塑效应，导致玻璃化转变温度降低。复合材料的90°拉伸性能测试结果表明，高温和吸湿耦合作用下复合材料力学性能衰减更为明显，破坏模式由基体开裂转变为界面脱黏和开裂。      

微重力下层流扩散火焰碳烟生成过程

根据详细的燃料氧化机理和多环芳烃生成机理，对乙烯同轴射流火焰在重力变化下碳烟生成情况进行计算.认为碳烟的初始成核是由两个较大的多环芳烃（PAH）二聚而成，碳烟的表面生长机理为HACA，凝结过程主要考虑PAH与碳烟的碰撞吸附，碳烟生长和氧化过程耦合在分节气溶胶模型中.计算结果表明，微重力条件下乙烯同轴射流火焰峰值温度下降230K，碳烟浓度显著增加，且浓度峰值在微重力条件下更加偏离中心线.分析重力变化对碳烟前驱体乙炔和多环芳烃的分布、初始成核速率、表面生长速率及凝结速率的影响.结果表明碳烟在中心轴线上主要是通过凝结过程生成的，且微重力条件下PAH在碳烟表面的凝结更加重要.由于微重力条件下停留时间更长，导致碳烟直径更大.      

左旋寻常的极光千米波与辐射带高能电子相互作用的参数化研究

参数化研究了在L=4.5外辐射带区域左旋寻常（Left-hand Ordinary mode, L-O模）的极光千米波与高能电子的相互作用，定量计算了左旋寻常的极光千米波在不同峰值频率、传播角分布和纬度分布条件下的弹跳平均投掷角扩散系数、动量扩散系数和投掷角–动量交叉扩散系数。计算结果表明，动量扩散系数一般比投掷角扩散系数大100倍左右，说明动量扩散在L-O模与电子间的相互作用中起主导作用。随着传播角范围的改变，扩散系数均未发生明显变化，这说明L-O模与电子相互作用的扩散系数对传播角范围的依赖性很小。此外，扩散系数会因为L-O模纬度分布的改变而发生剧烈变化，该结果与之前得到的纬度分布对右旋奇异的极光千米波的影响是一致的。通过参数化研究结果表明，适当条件下，L-O模可能会显著影响外辐射带高能电子的动力学过程。      

利用COSMIC数据研究顶部电离层O+扩散流的统计特征

从等离子体运动方程出发, 利用COSMIC星座的掩星数据, 借助相关经验模式, 计算了太阳活动低年顶部电离层O+场向扩散速度和扩散通量, 并分析了其全球分布和日变化特征. 结果表明, 白天等离子体扩散速度的方向随高度增加由向下(极向)逐步变为向上(赤道向), 方向转变的高度一般在hmF2+80 km以下. 在白天较高高度, 南北磁纬10o ~20 o存在着向上方向的最大扩散速度和扩散通量; 而在夜间, 南北磁纬30o~40 o存在向下方向的最大扩散速度和扩散通量. 在分点, 南北半球的扩散通量和扩散速度大致对称; 而在至点, 扩散通量存在着明显的南北半球不对称现象. 另外, 不同纬度的扩散速度有着不同的日变化特征.      

释放不同化学物质对电离层扰动的比较

在电离层F区释放氢（H₂）、水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）、六氟化硫（SF₆）、三氟溴甲烷（CF₃Br）、羰基镍（Ni（CO）₄）可以损耗局域等离子体电子密度,形成电子空洞,电离层电子密度的改变主要取决于释放物质的气态分子与电离层之间的离子化学反应.在电离层人工主动扰动实验中,应根据发射成本和扰动效果对释放物质进行选择.通过热力学原理和有限元模拟方法计算比较了上述6种物质对电离层的扰动影响.计算结果表明,6种物质中水的气化率最低,约为19%,其余5种物质都在60%以上,选择密度小的物质,例如H₂和CO₂,可以有效降低发射成本.另外,扩散较慢且化学反应较快的物质,例如SF₆和Ni（CO）₄,能够使得电离层电子密度减少得更多,并且受扰动区域更广、持续时间更长.     

箔条云团的布朗运动扩散模型

假定箔条所在位置处大气运动速度是一个维纳随机过程,同时在忽略箔条的质量时箔条的运动完全反应当地大气的运动,在此基础上建立箔条云团的扩散模型及数值仿真模型. 对扩散模型进行分析得到了箔条云团扩散过程中的数字特征.对数值仿真模型的分析表明必须对大气的运动方差进行时间离散化补偿,进行离散化补偿后箔条云团的数字特征不受模拟时时间步长的影响.模拟结果证明了分析的正确性.