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直流电弧等离子喷射CVD中控制生长(111)晶面占优的金刚石膜

周祖源 , 陈广超 , 戴风伟 , 兰昊 , 宋建华 , 李彬 , 佟玉梅 , 李成明 , 黑立富 , 唐伟忠

人工晶体学报 doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2006.03.010

运用光发射谱(OES)技术对大功率直流电弧等离子喷射CVD金刚石膜的气相沉积环境进行了原位诊断,研究了气相环境中主要含碳基团的浓度及分布与沉积参数的关系,发现了C2基元比其他基元对沉积参数更加敏感.利用光发射谱对C2基元发射强度的监测,实时调控沉积各参数,在大功率直流电弧等离子喷射CVD中实现了(111)晶面占优的金刚石膜的可控生长,I(111)/I(220)XRD衍射峰强度的比值达48.

关键词: 光发射谱 , 金刚石膜 , 直流电弧等离子喷射CVD , (111)占优晶面

DC Plasma Jet CVD金刚石自支撑膜体结构的控制生长及其表面粗糙度的研究

周祖源 , 陈广超 , 周有良 , 吕反修 , 唐伟忠 , 李成明 , 宋建华 , 佟玉梅

人工晶体学报 doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2005.01.005

在100kW级DC Plasma Jet CVD设备上,采用Ar-H2-CH4混合气体,通过控制工艺参数,在Mo衬底上获得不同占优晶面和应力状态的膜体结构.研究表明:不同取向的晶面在膜体中的分布不同,但各晶面随沉积温度的变化规律是相似的,在900℃左右容易获得较大的(220)晶面占优的膜体结构;薄膜的内应力沿晶体生长方向逐渐减小,且随沉积温度或甲烷浓度的增大而增大;具有高取向度的膜体将获得较为平整的表面.

关键词: 自支撑CVD金刚石薄膜 , 晶面取向 , 内应力 , 表面粗糙度

直流等离子体喷射制备无裂纹自支撑金刚石膜体的晶体组织设计

陈广超 , 周祖源 , 周有良 , 杨胶溪 , 李成明 , 宋建华 , 佟玉梅 , 唐伟忠 , 吕反修

人工晶体学报 doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2004.04.046

在自支撑金刚石膜体中发现网状、河流状和环状三种裂纹形式,这几种裂纹形式依沉积温度不同而不同.首次采用了原子力显微镜分析了金刚石自支撑膜体裂纹断裂机制,发现了穿晶断裂和沿晶断裂两种机制,其中,在网状裂纹中,穿晶断裂机制占主要地位;环状裂纹中,沿晶断裂机制占主要地位,而河流状裂纹是两种机制的混合.对应X射线衍射结果,(111)晶面占优的膜体易于开启穿晶断裂机制,(220)晶面占优的膜体易于开启沿晶断裂机制.使用Raman 谱测试的膜体中的本征应力在几十到几百MPa之间,且在膜体中存在应力剖面分布.Raman谱的结果还显示低缺陷的膜体组织有利于阻挡裂纹扩展.通过建立简单力学分析模型,推测了膜体组织对断裂强度的作用.根据实验结果和力学模型,制备了最厚2mm、最大直径120mm的无裂纹自支撑金刚石膜.

关键词: 金刚石膜 , 无裂纹 , 晶体结构 , 直流等离子体喷射

超高周疲劳寿命预测方法探讨

宋亚南 , 徐滨士 , 王海斗 , 张玉波 , 邢志国

稀有金属

分析了金属材料超高周疲劳断口形貌特征,介绍了基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型和基于位错理论的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,并结合前期有关金属材料超高周疲劳行为的试验数据,对2种预测模型的误差进行分析.结果表明,基于位错理论的寿命预测模型较为准确;而基于Paris公式的裂纹扩展寿命预测模型,其预测精度随着疲劳寿命的增加而降低,即材料组织缺陷萌生成为疲劳裂纹阶段占据疲劳寿命的绝大部分.在此基础上,提出了超高周疲劳寿命预测的研究方向:疲劳裂纹的萌生机制,特别是裂纹源表面萌生和内部萌生的竞争性机制;建立大样本数据,结合统计学方法,以工程构件的服役安全性和可靠性为基础,精确评价超高周疲劳寿命.

关键词: 超高周疲劳 , 寿命预测 , 断口形貌 , 预测误差

缺口对TC21合金高周和低周疲劳的影响

虞忠良 , 赵永庆 , 周廉 , 孙军 , 曲恒磊

稀有金属材料与工程

研究了缺口对TC21合金在不同温度高周和低周疲劳强度的影响.疲劳试样为光滑和V型缺口(Kt=3)2种试样,疲劳载荷为应力控制,循环应力比为0.1,高周疲劳实验温度为315 ℃,低周疲劳实验温度为室温及400℃.结果表明,在循环应力较低,缺口根部未塑性变形时,缺口使疲劳强度明显降低.循环应力升高使缺口根部产生塑性变形时,缺口对疲劳强度影响降低,当循环应力升高使光滑试样失稳时,缺口试样的疲劳强度高于光滑试样的疲劳强度.断口的SEM分析表明,缺口试样的疲劳裂纹在缺口根部萌生,即使高周疲劳裂纹源也是多个.

关键词: TC21合金 , 缺口 , 高周疲劳 , 低周疲劳

GH586合金高温下低周疲劳断裂行为

崔彤 , 王磊 , 吕俊英 , 杨洪才 , 赵光普

钢铁研究学报

研究了GH586合金在750℃下的低周疲劳性能,并对疲劳断口进行了电镜观察和分析.结果表明:GH586合金低周疲劳裂纹源主要在合金表面形成,而且容易形成多个裂纹源;合金断裂存在脆性,断裂形式主要为晶间断裂.

关键词: GH586 , 高温合金 , γ'相 , 低周疲劳 , 循环应力 , 疲劳寿命 , 脆性

粉末冶金高温合金FGH97的低周疲劳断裂特征

张莹张义文张娜刘明东刘建涛

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2009.00626

研究了粉末冶金镍基高温合金FGH97在650 ℃, 30-980 MPa, 1 Hz实验条件下的低周疲劳断口的宏观及微观特征, 裂纹源的类型及其形貌特征, 以及裂纹源的位置、缺陷类型、形状和尺寸对低周疲劳寿命的影响. 结果表明, 在本次实验条件下该合金的低周疲劳寿命均超过了5000 cyc; 统计得出, 低周疲劳断口裂纹源在表面的试样占23%, 在亚表面的占47%, 在试样内部的占30%; 裂纹源分平台、粉末颗粒、夹杂物3种类型, 其中平台类型约占5%, 粉末颗粒间断裂占15%, 夹杂物占80%.由统计分析和计算得出, 不同类型裂纹源对疲劳寿命的影响程度不同: 夹杂物最严重,其次为异常粉末颗粒, 再次为局部塑性变形.

关键词: FGH97粉末冶金高温合金 , fracture of LCF , types of failure origin , LCF life

粉末冶金高温合金FGH97的低周疲劳断裂特征

张莹 , 张义文 , 张娜 , 刘明东 , 刘建涛

金属学报 doi:10.3724/SP.J.1037.2009.00626

研究了粉末冶金镍基高温合金FGH97在650℃,30-980 MPa,1 Hz实验条件下的低周疲劳断口的宏观及微观特征,裂纹源的类型及其形貌特征,以及裂纹源的位置,缺陷类型、形状和尺寸对低周疲劳寿命的影响.结果表明,在本次实验条件下该合金的低周疲劳寿命均超过了5000 cyc;统计得出,低周疲劳断口裂纹源在表面的试样占23%,在亚表面的占47%,在试样内部的占30%;裂纹源分平台、粉末颗粒、夹杂物3种类型,其中平台类型约占5%,粉末颗粒间断裂占15%,夹杂物占80%.由统计分析和计算得出,不同类型裂纹源对疲劳寿命的影响程度不同:夹杂物最严重,其次为异常粉末颗粒,再次为局部塑性变形.

关键词: FGH97 , 粉末冶金高温合金 , 低周疲劳断口 , 裂纹源类型 , 低周疲劳寿命