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垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时坩埚下降速度的优化研究

在垂直布里奇曼法(VBM)晶体生长的过程中,坩埚下降速度和晶体生长速度之间的关系对生长出来的晶体质量有很大的影响。本文采用有限元法对探测器材料CdZnTe的晶体生长过程进行了热分析,主要研究了不同的坩埚下降速度对生长过程中晶体生长速度及固液界面形状的影响,发现材料的热导率和相变潜热的比值是影响固液界面形状的主要内因。模拟结果表明,当坩埚下降速度Vp≈1mm/h时,其数值与晶体生长速度接近相等,可获得接近水平的固-液界面。实际的晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致。因此,通过适当的选择和调节坩埚下降速度是获得高质量晶体的可行技术方案。

关键词: CdZnTe , vertical bridgman method , finite element method , experimental study

新型陶瓷刀具材料的热应力分析

王永国 , 艾兴 , 李兆前 , 邓建新 , 赵军

无机材料学报

运用有限元方法计算了梯度功能陶瓷刀具ＦＧ－２内的热应力，计算结果表明，在高速切削条件下，梯度功能陶瓷刀具内的热应力明显小于普通陶瓷刀具；同时进行的切削实验也表明在高速切削的条件下，ＦＧ－２的破损寿命明显好于ＳＧ－４．说明梯度功能陶瓷刀具适应于高速切削．

关键词: 梯度功能 , finite element method , thermal stress , null

对称型叠层陶瓷喷嘴的结构设计及其冲蚀磨损行为研究

员冬玲 , 邓建新 , 段振兴

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2009.00407

为提高陶瓷喷砂嘴抗冲蚀磨损能力，缓解喷嘴入口、出口的高应力状态，采用热压烧结工艺制备了Al₂O₃+(W,Ti)C/Al₂O₃+TiC三层对称型叠层陶瓷材料及叠层陶瓷喷嘴.研究结果表明：叠层陶瓷材料表层较之相应单一材料而言，具有更高的硬度和断裂韧性；在相同的冲蚀磨损条件下，叠层陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损性能较非叠层陶瓷喷嘴有显著的提高；试验分析叠层陶瓷喷嘴的最佳层厚比为2.此外，采用有限元法对叠层陶瓷喷嘴在制备过程中的残余应力进行了理论计算，给出了叠层陶瓷喷嘴中残余应力与层厚比的关系.研究表明，残余压应力的存在，细化了晶粒，提高了叠层材料表层的硬度和断裂韧性，是叠层陶瓷喷嘴其抗冲蚀磨损能力提高的原因.理论分析最佳层厚比也为2，理论分析与试验结果相互印证.

关键词: 叠层陶瓷喷嘴 , residual stress , erosion wear behavior , finite element method

两相复合介质内部电场及宏观介电常数的三维模拟

王国庆 , 吴顺华 , 赵玉双 , 张志萍

无机材料学报

建立三维模型,用蒙特卡洛有限元法对两相复合介质的内部电场分布进行模拟,并由此计算出介质的宏观介电常数εm.发现由三维模型计算出的低介相中的电场能量占总能量的比例高于二维模型.三维模型符合实际复合介质中微粒间并联程度大于串联程度的事实,因此由三维模型得出的电场分布和ε_m值比二维模型更加精确.得出了新的两相复合介质宏观介电常数预测公式:ε^α_m=V₁ε^α₁+V₂ε^α₂,其中α=(V₁²+20V₁V₂+5V₂²)/11,V₁+V₂=1,ε₁<ε₂.该公式与若干文献中的实验结果相吻合.

关键词: 复合介质 , monte carlo method , finite element method , mixing rule

显微硬度实验的计算机模拟

蔡珣 , 周平南

金属学报

采用有限元分析法对块状材料和涂层／基底材料在显微硬度试验时表现的力学行为进行计算机模拟，分析在材料显微硬度试验时出现的若干现象，如基底对膜层硬度值的影响，为临界测试负荷的确定以及在微小负荷范围内，随着测试负荷下降，材料显微硬度普遍升高的负荷依存性等现象提供较满意的解释。

关键词: 显微硬度 , computer simulation , finite element method

原料空隙率对6H-SiC晶体生长初期的影响

刘熙 , 陈博源 , 陈之战 , 宋力昕 , 施尔畏

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2010.00177

生长准备中不同的装料方式导致原料的空隙率不同. 在其它生长工艺参数保持一致的前提下研究了不同空隙率的原料（50%、55%、60%）对SiC晶体生长初期生长速率和结晶质量的影响. 实验发现，在晶体生长初期生长速率随原料空隙率的增大而升高, 过快的结晶速率导致晶体的结晶质量下降. 同时利用有限元方法模拟了不同空隙率的原料（50%、55%、60%）在生长初期内部温度场分布、质量输运以及晶体生长速度. 因为在生长温度下原料内的热量传输主要依靠SiC颗粒间的热辐射, 所以空隙率增大会导致其等效热导率增大. 模拟结果表明：60%空隙率的原料最短时间内达到稳态传热, 初期晶体生长速率最大. 模拟的结果合理地解释了原料空隙率对SiC晶体生长初期的影响规律.

关键词: 碳化硅 , growth rate , finite element method

CSP热轧过程中夹杂物周围孔洞的演变

葛军亮 , 程子建 , 程树森 , 郑跃强 , 李积鹏 , 邹明

钢铁研究 doi:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20130370

借助于动态显式有限元软件ABAQUS/Explicit,模拟了CSP热轧过程中,板坯厚度方向上不同位置处直径为50μm的Al2O3夹杂物周围孔洞的形成和演变过程.结果表明,对于不同位置处的Al2O3夹杂物,在它们沿轧制方向的前、后部位都形成了孔洞,但前孔洞面积大于后孔洞面积;夹杂物越靠近板坯表面,形成的孔洞越大;热轧过程中,孔洞的演变是一个“愈合—长大—愈合”的动态过程;随着道次的增加,夹杂物前、后孔洞在轧制方向上的投影长度变化与面积变化趋势相一致,而与孔洞尖端夹角的变化趋势恰好相反;孔洞在热轧过程中发生转动,导致前孔洞尖端朝着带钢表面扩展.模拟结果有助于揭示夹杂物周围孔洞与表面缺陷的关系,并为实际生产提供理论指导.

关键词: 热轧 , 夹杂物 , 孔洞 , 显式动力学 , 有限元

纳米压痕结合有限元法确定ZnO纳米带的弹性常数

张阳军 , 周益春

材料科学与工程学报

本文结合纳米压痕和有限元法确定了横观各向同性ZnO纳米带各方向上的弹性常数.在正向分析过程中,用ABAQUS有限元软件的压电模式大量模拟了纳米带/硅基底体系的压痕实验,得到无量纲方程的具体形式.在反向分析过程中,通过对沉积在硅基底上的ZnO纳米带进行纳米压痕实验,将相关实验数据代入无量纲方程,确定横观各向同性ZnO纳米带各方向上的弹性常数为ET=35GPa,EL=49G Pa和GL=5GPa.

关键词: ZnO纳米带 , 横观各向同性 , 弹性常数 , 纳米压痕 , 有限元法

基于有限元法对电子束熔炼提纯钨过程的温度场模拟

刘文胜 , 刘书华 , 龙路平 , 马运柱 , 刘业

稀有金属 doi:10.13373/j.cnki.cjrm.2014.04.020

采用ANSYS软件对电子束熔炼提纯钨过程中的温度场进行数值模拟,探讨了不同工艺参数(熔炼功率(P)及扫描半径(剐)对熔体温度及熔池形状的影响.采用已模拟的工艺参数,在250 kW电子束设备上进行了提纯钨的实验验证,并用电感耦合等离子体光谱法(ICP-MS)对熔炼钨锭的成分进行分析.结果表明,熔炼功率和扫描半径对熔体温度和熔池形状都有一定的影响.随着熔炼功率的增加,熔体温度线性增加;随着扫描半径增大,熔体最高温度随之增加,但增加速率逐渐减小,最后趋于平衡;熔炼功率和扫描半径的细微变化皆能引起熔池形状和大小的显著变化,当熔炼功率和扫描半径过小(P=110 kW,R=10 mm)时,由于施加温度过低,铸锭熔解困难,无法形成熔池,随着熔炼功率及扫描半径的增大,熔池宽度和深度均有所增加.对模拟结果进行分析得到熔炼提纯钨的最佳条件为P=130 kW,R=15 mm,在此条件下杂质Cd,As,K,Mg,P的脱除率分别为95.0％,90.0％,75.0％,71.4％和71.4％.实验验证表明所建数学模型对电子束熔炼提纯钨具有较好的适应性.

关键词: 电子束熔炼 , 提纯钨 , 有限元 , 温度场

具有金刚石/铜中间层W-RAFM模块的制备与评价

李鹏 , 沈卫平 , 周雏蕾 , 徐士亮 , 王占朋 , 赵晓琳 , 张庆玲

稀有金属

为了缓解钨-低活化钢(W-RAFM)直接连接产生的热应力,加入热膨胀系数介于二者之间的高导热金刚石/铜复合材料作为中间层,并在金刚石/铜两侧辅以CuCrZr箔,达到较高的连接强度.利用超高压力通电短时高效的特点,一次性制备出有金刚石/铜层的W-RAFM模块.ANSYS Workbench的热冲击数值模拟显示,模块可承受1～2 MW/m2的稳态热流冲击.

关键词: 钨 , 低活化钢 , 模块 , 金刚石/铜 , 有限元方法

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