摘要：液固Gibbs自由能差是决定材料非晶转变的热力学关键因素,但该参量在预测非晶转变和指导非晶成分设计方面仍有一些基本问题有待解决.其中,一个关键问题是:作为Gibbs能差的两个核心要素,焓与熵,二者在决定和控制非晶转变中关系并不明确.基于课题组系列研究结果,本文就焓与熵在材料非晶转变中的协同性与独立性问题进行了全面探讨,发现二者在决定非晶形成上具有很强的相关性.理论分析和实验测量相结合,展示了材料熔化熵与熔点粘度、混合焓等多个非晶形成经典参量之间的内在关联,证实熔化熵与材料非晶形成之间的密切关联;并从多个角度证实材料低熔化熵有利于非晶形成,纠正了传统上基于经典形核理论得出的高熔化熵有利于非晶形成的认识.研究也发现,决定非晶形成的关键动力学与热力学参量,如粘度和混合焓,均可通过熔化熵得到表达.进而论证了熔化熵在评估非晶形成、指导非晶成分设计中的可靠性和有效性,由此提出熔化熵可作为理解指导材料非晶形成的代表性热力学参量.系列成果为发展非晶形成热力学、深入理解材料非晶形成提供了参考与思路.

摘要：Zr合金具有高硬度、高熔点、低热膨胀系数、耐腐蚀性好和热中子截面吸收低等优良的特性,因此被逐渐开发应用于核工业、航空航天、生物医学等领域。本研究介绍了Zr合金成分设计方法及研究现状,主要涉及的合金设计方法包括:经验法/半经验法、第一性原理计算法、d电子轨道法以及CALPHAD法。其中,重点介绍了第一性原理计算涉及的Zr合金的研究方法及现状。借助有效的合金设计方法和高效的计算机运算可以更加有效、系统地了解材料力学行为特性与微观结构之间的关系,为合金成分设计提供理论依据。结合国内外Zr合金设计方法的研究进展与成果,探讨了Zr合金设计领域的研究发展趋势。

摘要：研究了一种以控制冷却水温度来提高金刚石合成质量的方法。设计了DS18B20温度采集电路、通讯电路、步进电机驱动电路等硬件实现部分。采用步进电机加减速算法,实现了以STM32为控制核心的步进电机匀加减速运动。通过实验获得了冷却水流量和出水口温度与流量调节阀开度的变化关系。在时变的、非线性、纯滞后的水温控制系统中,采用了多模态PID算法,处理了复杂大惯性系统中调节速度快、超调小难以兼得的问题。实验结果表明,该系统最大超调量2.5%,控制精度可达±2℃。

摘要：非晶合金是非晶材料家族中的新成员,由于缺乏原子排列长程有序特征,具有独特的性能和广泛应用前景.然而,非晶合金的形成、成分设计和形变问题在该领域长期未得到解决,制约着新型非晶合金的高效开发.传统上,多组元非晶合金的成分设计主要遵循相图研究范式,以温度调控为出发点,确定低液相线的成分为落脚点,尤其强调深共晶成分.然而,对于缺乏相图的多组元体系则力所不及,亟需新的理论突破.本文综述了非晶转变中的热力学与动力学基本规律,重点探讨了热力学与动力学性质之间的关联性,尤其是梳理了材料熔化熵与熔点粘度、熔点等多个非晶形成经典参量之间的内在关联,提出并论证了熔化熵和振动熵为非晶形成的关键热力学参量,可有效指导高性能非晶合金的设计和表征.结合实际应用中对非晶材料的工程要求,讨论了化学成分调控对非晶合金剪切带的萌生密度和扩展稳定性的影响,并总结了在单调加载和疲劳加载条件下剪切带行为对非晶合金断裂过程的作用.最后展望了振动熵和构型熵之间争议问题,提出未来工作中需要发展具有物理意义玻璃形成能力指标和可靠数据库的需求,混合加载模式下的韧性以及疲劳和韧性之间的权衡等问题.本文为进一步建立高性能非晶材料成分设计路径提供了参考与指导.

摘要：Kui和我们曾先后报道了采用助熔剂法将Pd_(40)Ni_(40)P_(20)合金包裹能使该合金获得较大的过冷,并在较低的冷却速率下获得了较大尺寸的金属玻璃球。但是,由于用热电偶直接探测合金凝固过程中的相变温度较难(直接插入熔体中会导致非自发形核,放在石英玻璃外部又难以测到热信号),因此,缺乏对合金在热循环处理过程中其相转变温度的变化与凝固组织的对应关系的深入研究,尤其是助熔剂如何捕捉合金表面及熔体内部杂质和加热-冷却的热循环如何钝化杂质的机制尚未见报道。本文设计了一种十分有效的热电偶测温技术,测出了在B_2O_3包裹状态下合金凝固过程中的差热分析曲线,并较详细地研究了Pd_(40)Ni_(40)P_(20)合金的凝固行为,讨论了B_2O_3抑制杂质形核的物理机制。

摘要：针对当前太阳能路灯转换效率低的弊端,介绍了一种太阳能路灯双轴跟踪系统,通过实时检测光强的变化驱动执行机构,保证太阳能电池板始终垂直于太阳光线,从而提高太阳能利用效率。实验表明,太阳能电池板在双轴跟踪情况下,发电量要比最佳角度固定安装提高34%。

摘要：锆具有抗辐照、耐腐蚀、热膨胀系数小和密度低等优异性能。然而,纯锆的强度较低,限制了其在航空航天领域的广泛应用。本文从成分设计优化、组织性能之间的关系和强化机制等方面综述了团队近十几年在高强韧锆合金方面的研究进展,并阐述了所开发的新型高强韧锆合金在航空航天领域的应用。

摘要：空间环境效应、制造加工质量以及所承受的工作载荷是诱发航天机构在轨服役过程中潜在故障的影响因素,对其服役寿命和可靠性将产生重要的影响。因此,开展航天机构潜在故障模式与故障机理分析具有重要科学意义和工程价值。本文对航天机构潜在故障的成因、故障模式、故障机理与影响因素之间的关系以及故障的种类进行了论述,梳理了3类15种可能引发航天机构潜在故障的因素,指出由润滑失效引起的摩擦磨损和载荷作用引起的疲劳失效是导致航天机构潜在故障的两个重要原因,并提出了故障机理的分析程序和方法。

摘要：空间活动构件尤其舱外活动件要在空间低温、交变温度、辐照、严重摩擦磨损和冷焊等苛刻环境下长期运转,其寿命与精度已成为航天器能否在轨长期服役的关键环节之一。锆及锆合金具有中子吸收截面小,良好的耐腐蚀和抗辐照特点,因此被广泛应用于核工业和化工业当中,其具有作为空间飞行器活动构件材料使用的发展潜力。但由于纯锆的抗拉强度较低,不能直接作为结构材料使用。实现强韧化并突破制备技术的瓶颈成为将其应用于空间活动构件的关键环节。本文从理论与实验两方面讨论了锆合金结构特点,成分设计与优化,组织性能关系等问题,针对空间活动构件的服役环境,提出了可作为空间活动构件使用的锆系合金材料的最佳体系与成分。