检索结果-南通市图书馆

作者：吴冬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电磁脉冲在军事和科学研究等许多领域中都起着十分重要的作用,可应用于自由电子激光、高功率微波辐射、强脉冲中子源、离子加速、核爆模拟器等方面。尤其在军事方面,电磁脉冲可作为高能微波武器来使用。高功率电磁脉冲可以对敌方雷达系... 详细信息

电磁脉冲在军事和科学研究等许多领域中都起着十分重要的作用,可应用于自由电子激光、高功率微波辐射、强脉冲中子源、离子加速、核爆模拟器等方面。尤其在军事方面,电磁脉冲可作为高能微波武器来使用。高功率电磁脉冲可以对敌方雷达系统、无线电系统、计算机系统等通讯设施进行攻击破坏,从而瘫痪地方整个指挥、通讯和情报系统(C3I)。产生高功率电磁脉冲的主要方式主要有两种:一是利用核爆炸,直接产生极高的电磁脉冲;二是通过非核手段产生高功率电磁脉冲,比如将炸药的化学能转换为电磁能,从而向外辐射电磁脉冲。由于核武器手段产生电磁脉冲会带来巨大的灾害,所以非核手段产生电磁脉冲成为人们研究的重点。爆炸磁频率发生器就是非核手段电磁脉冲源的一种,本文主要研究爆炸磁频率发生器的工作原理及材料对发生器性能的影响。首先,分析了电感的变化形式对发生器工作电流特征的影响,将电感变化形式分为三类:线性减小、先慢后快和先快后慢。与线性减小相比,先慢后快的减小形式只是略微地提升了电流的放大率和中心频率;而先快后慢的变化形式,大幅度的提升了电流的放大率、中心频率和频率覆盖范围。还研究了线圈材料的设计,分析了导线材料的选择对发生器性能的影响。第二,由于电感的变化率对工作电流的特性有显著的影响,在理论研究和实际工作过程中必然会涉及到电感的计算和线圈的缠绕方法,本文推导了爆炸过程中,随时间变化的电感的计算公式和线圈的缠绕公式,可以通过导线的位置或匝间距计算电感,也可以根据给定的电感变化形式设计线圈的缠绕方法。对于线圈结构的设计,研究了线圈的支撑材料和绝缘气体的选择。第三,因为电感的减小是由金属筒的膨胀直接造成的,所以研究金属筒在爆炸过程中的运动变得十分必要,我们研究了金属筒的膨胀速度、膨胀角和金属筒的选材,观察碎片端口,分析了金属筒断裂的方式和机理。

关键词：爆炸磁频率发生器电感变化形式线圈结构设计电感计算

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ZrB2陶瓷烧结初期蒙特卡罗模拟

ZrB2陶瓷烧结初期蒙特卡罗模拟

作者：刘广义哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

陶瓷烧结模拟的研究工作多数停留在对方法本身的探讨,诸如模型以及算法等,而与实际具体材料紧密结合的工作较少,本文以ZrB陶瓷为具体研究对象,通过计算机模拟,采用蒙特卡罗Q态Potts模型对二维双球ZrB颗粒烧结初期进行了模拟研究,模拟中... 详细信息

陶瓷烧结模拟的研究工作多数停留在对方法本身的探讨,诸如模型以及算法等,而与实际具体材料紧密结合的工作较少,本文以ZrB陶瓷为具体研究对象,通过计算机模拟,采用蒙特卡罗Q态Potts模型对二维双球ZrB颗粒烧结初期进行了模拟研究,模拟中考虑了扩散烧结理论中的表面扩散机制和晶界扩散机制。烧结是在高温下进行的,所以模拟中所需要的参数应取在高温时的值。为了获得较高温度时ZrB颗粒的表面能,以作为进行蒙特卡罗模拟输入的参数,本文首先采用余氏理论,在其基本假设前提下,结合间距差(BLD)法计算单键能,获得了ZrB较高温时的表面能,不同晶面由于断键情况不同表面能不同,但在较高温度下其差别不大,平均表面能为2.42J/m2。本文在进行蒙特卡罗模拟时,对具体算法进行了改进,优化了随机选点的质量,提高了选择到有效点的效率。本文还对步长的统计方法进行了改进,使所模拟系统可以在普通计算机上较快的向稳定态演化。在ZrB颗粒烧结初期模拟中,两等大颗粒情况下考虑了不同温度参数对烧结颈颈长比、颗粒中心距的影响。随着温度的升高颈长比逐渐增大但是在较高温度时变小,颗粒中心距的变化情况也具有相似规律。获得的颗粒间线性收缩率基本上为6%。本文也考虑了不同判断依据和不同近邻数的影响,发现考虑更多近邻促使颗粒中心距在相同步数下快速减小,但是500步时,所耗机时增加了20%。对于三等大颗粒模拟,除表面扩散和晶界扩散机制外,引入蒸发冷凝机制来克服二维模拟的缺陷,在演化过程中发现颗粒间形成的孔隙圆化并逐渐变小。本文还进行了ZrB陶瓷烧结实验,对ZrB烧结初期的组织形貌进行观察,可以看到随着烧结温度的升高,颗粒之间连接的界面长度变长。测量了线性收缩情况和烧结颈的颈长比,并与模拟结果进行了比较,发现实验数据与模拟结果趋势基本相同,只是在数值上略有偏差,模拟结果能够很好的反映实际烧结初期情况。

关键词： ZrB2陶瓷烧结颈模拟蒙特卡罗

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单向复合材料界面对其力学性能影响的研究

单向复合材料界面对其力学性能影响的研究

作者：潘自民哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

复合材料界面与复合材料性能间的关联规律的研究是至关重要的,可以帮助实现对复合材料界面进行主动设计和控制。预测在各种服役下碳纤维增强复合材料结构性能蜕变规律,从而提高碳纤维的性能转化率和复合材料的性能。这些工作将为碳纤维... 详细信息

复合材料界面与复合材料性能间的关联规律的研究是至关重要的,可以帮助实现对复合材料界面进行主动设计和控制。预测在各种服役下碳纤维增强复合材料结构性能蜕变规律,从而提高碳纤维的性能转化率和复合材料的性能。这些工作将为碳纤维复合材料快速、高效、可靠地应用于先进国防装备和民用提供系统的理论基础和技术储备。本文就是在这样的背景下展开了界面对单向增强复合材料性能影响的研究。界面相不但是复合材料中基体相和增强相之间的桥梁,也是增强相能够充分发挥其提高承载作用的纽带。此外界面相对复合材料的物理、化学及力学性能也有着至关重要的影响,使复合材料具有许多其他材料所没有的独特性能。本文利用双尺度均匀化方法对热力耦合条件下的复合材料结构进行了分析,用均质的宏观结构和非均质的具有周期性构造的细观结构描述实际材料,将物理量表示为关于宏观坐标与细观坐标的函数,并用细观和宏观两种尺度之比为小参数展开,用摄动技术将原问题转化为细观有限元问题和宏观有限元问题,从而通过求解有限元方程预报复合材料的刚度矩阵,并将其所得结果与通用有限元法和实验所得结果进行对比,验证该方法的可靠性。然后研究了界面对横向压缩性能的影响。界面的损伤演化分析采用了内聚力模型。由于在压缩载荷作用下基体表现出一定的塑性,因此基体采用Mohr-Coulomb塑性模型进行模拟。而界面对横向拉伸性能的影响的研究,界面仍采用内聚力模型,纤维和基体表现极强的脆性,故采用脆性模型。在用户材料子程序(umat)中引入最大拉应力准则,利用Murakami-Ohno损伤模型实现细观组分材料刚度的折减,从而对其进行渐近损伤分析。对于横向方面的研究,可以看做平面应变问题进行处理,为便于计算采用二维情况下的代表性体积单胞。对于界面对纵向拉伸性能影响的研究采用三维RVE有限元模型,纤维初始破坏准则采用Hashin三维空间应力破坏准则。研究界面的传载机制时采用了含断口纤维的单胞。通过以上模型研究了界面强度和断裂能对复合材料性能的影响。通过与宏观实验进行对比,验证了数值模拟的可靠性。

关键词：界面均匀化方法有限元法损伤演化

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轮胎胎面胶磨耗特性研究

轮胎胎面胶磨耗特性研究

作者：许连玉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

轮胎是汽车的重要组成部件,胎面是轮胎唯一与地面接触的部位,胎面橡胶材料的摩擦磨损行为直接影响轮胎接地性能,轮胎胎面摩擦磨耗机理及影响因素的研究,已成为了轮胎企业的研究热点。本文针对轮胎胎面胶摩擦磨耗特性从三个不同维度进行... 详细信息

轮胎是汽车的重要组成部件,胎面是轮胎唯一与地面接触的部位,胎面橡胶材料的摩擦磨损行为直接影响轮胎接地性能,轮胎胎面摩擦磨耗机理及影响因素的研究,已成为了轮胎企业的研究热点。本文针对轮胎胎面胶摩擦磨耗特性从三个不同维度进行了研究。首先,针对胎面橡胶材料进行磨耗试验研究。基于LAT100多功能试验机,开展不同速度、载荷、偏角、温度下胎面胶磨耗特性试验研究,揭示了各因素对胎面磨耗性能的影响规律,建立磨耗率经验公式,为轮胎胎面磨耗性能设计奠定基础。结果表明:胎面胶磨耗量随速度和偏角增加而增大。轮胎橡胶材料的磨耗量与试样转动速度和转动中的能量耗散满足二次方程。随着对试样施加的载荷增大,胎面胶磨损量增大,同时胎面胶试样表面温度急剧升高。摩擦力随载荷的增加而增大;摩擦系数随载荷的增大而减小,并且摩擦系数与载荷满足幂函数方程。随着温度的升高,胎面胶的磨损量显著增大,当温度达到60℃后胎面胶磨损量随着温度的增大而逐渐趋于稳定。其次,研究不同橡胶配方对磨耗性能的影响。橡胶与填料作为胎面橡胶复合材料中的主体材料,直接影响了胎面的耐磨性和操控性。本文研究了天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶,以及不同炭黑品种对胎面胶摩擦与磨耗特性的影响。揭示了三种橡胶在不同路况下的磨耗特性和不同比表面积炭黑对胎面胶在不同路况中的耐磨性影响规律。研究结果表明:高比表面积、低结构度的炭黑更适用于矿山、多碎石路的抗切割胎面中,进而提高胎面的抗崩花掉块性能。高比表面积、高结构度的炭黑更适用于以急刹车和转弯多为特点的盘山公路、城市公交胎面中。在磨耗条件苛刻的情况下,采用高结构度炭黑比增大炭黑比表面积更能有效提高硫化胶的耐磨性能。顺丁橡胶具有最佳的耐磨性,尤其在恶劣的路况条件下。在一般路面条件下,丁苯橡胶耐磨性略低于天然橡胶。在苛刻的工矿路面条件下丁苯橡胶耐磨性优于NR。最后,基于有限元方法,对胎面橡胶材料进行拉伸和压缩试验,建立橡胶材料本构模型;建立胶轮与路面的有限元模型,对不同工况下的接触压力及面积等进行研究。

关键词：轮胎胎面磨耗有限元预测模型接触压力

针刺型碳纤维预制体增韧ZrB2-SiC复合材料的制备及其性能研究

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针刺型碳纤维预制体增韧ZrB2-SiC复合材料的制备及其性能研究

作者：刘畅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超高温陶瓷由于具有极高的熔点(>3000℃)和优异的抗氧化烧蚀性能,能够在2000℃以上的氧化环境中长时间使用,并维持非烧蚀性和结构完整性,是一类极具应用前景的超高温非烧蚀型防热材料,是高超声速飞行器鼻锥、前缘等关键热结构件的重要... 详细信息

超高温陶瓷由于具有极高的熔点(>3000℃)和优异的抗氧化烧蚀性能,能够在2000℃以上的氧化环境中长时间使用,并维持非烧蚀性和结构完整性,是一类极具应用前景的超高温非烧蚀型防热材料,是高超声速飞行器鼻锥、前缘等关键热结构件的重要甚至首要候选材料。但是,超高温陶瓷材料的断裂韧性差成为制约该类材料工程化应用的瓶颈难题,碳纤维由于具备优异的室温和高温力学性能,被认为是当前最具潜力的增韧相。然而,碳纤维会在复合材料制备的过程中发生结构损伤,制备出无损伤碳纤维增韧超高温陶瓷复合材料成为研究重点。本文采用低温无压致密化的制备方法制备出了针刺型连续碳纤维增韧Zr B-Si C复合材料,并对制备的Cf/Zr B-Si C复合材料进行了宏微观结构、力学性能及抗氧化烧蚀性能的分析。在力学性能方面,本文对碳纤维采用了涂覆热解碳涂层的方法对碳纤维进行保护,防止在制备过程中碳纤维发生结构损伤,限制碳纤维发挥优异的增韧效果及高温性能。热解碳涂层还能在碳纤维与Zr B-Si C超高温陶瓷基体之间形成弱界面,促进纤维拔出、纤维桥联、裂纹分叉以及裂纹偏转等增韧机制,避免Cf/Zr B-Si C复合材料在有外力作用时发生毁灭性的破坏。复合材料的抗弯强度为203±14MPa,断裂韧性为5.62±0.25 MPa?m1/2,其断裂功为1446J/m2,实现了复合材料在力学性能上的显著提升。在热物理性能方面,对针刺型Cf/Zr B-Si C复合材料比热容、导热系数以及热扩散系数进行测量。Cf/Zr B-Si C复合材料比热容随着温度升高比热容也逐渐提高,当温度升高到1000℃时比热容略有降低。Cf/Zr B-Si C复合材料的室温导热系数1000℃时开始略有降低。可以发现,导热系数与比热容都随着温度的升高会上升,然而在1000℃后均会发生微微下降的趋势。热扩散系数随着温度升高,热扩散系数逐渐降低直至1000℃有上升趋势。在1500℃温度环境下,对针刺型Cf/Zr B-Si C复合材料进行了1h静态氧化实验,通过氧化剖面和表面的微观结构及化学成分分析等多角度表征,综合研究了针刺型Cf/Zr B-Si C复合材料的静态氧化行为,氧化层主要由外层的Si O2以及内层的Zr O2+Si O2层构成。氧化层与基体过渡区域的碳纤维在静态氧化后结构保持良好,没有发生严重的腐蚀现象,在1500℃/1h静态氧化实验过程中,Py C界面层对碳纤维起到了一定程度的保护作用。继而考察了针刺型Cf/Zr B-Si C复合材料的动态抗氧化烧蚀性能,Py C界面层的引入,降低了表层碳纤维的氧化速率,在一定程度上提升了抗氧化烧蚀性能,综合研究了针刺型Cf/Zr B-Si C复合材料的静态氧化行为,氧化层主要由外层的Si O2、中间层的Zr O2+Si O2以及内层Zr O2构成,氧化层与基体过渡区域的碳纤维在静态氧化后结构保持良好,没有发生严重的腐蚀现象,在1800℃/800s氧乙炔考核环境下表现为近零烧蚀,实现了强韧化与抗氧化的协同。

关键词：碳纤维超高温陶瓷力学性能抗氧化性能

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ZrB2基超高温陶瓷材料性能的评价

ZrB2基超高温陶瓷材料性能的评价

作者：陈勇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文的超高温陶瓷材料(Ultra-high-temperature Ceramics简写为UHTCs)是由ZrB和SiC(有的加入了ZrC)构成。超高温陶瓷材料的优异的综合性能使它们可以应用于飞行器的尖锐前缘,从而使之成为超高温材料领域的代表。本文采用机械球磨、热... 详细信息

本文的超高温陶瓷材料(Ultra-high-temperature Ceramics简写为UHTCs)是由ZrB和SiC(有的加入了ZrC)构成。超高温陶瓷材料的优异的综合性能使它们可以应用于飞行器的尖锐前缘,从而使之成为超高温材料领域的代表。本文采用机械球磨、热压烧结等技术制备了ZrB基复合材料。在制备的过程中,采用SEM、XRD等分析测试方法,对复合材料及其在成形各个阶段的微观组织演变进行了分析和研究,对制备出的ZrB基复合材料的力学性能作了初步的分析和讨论。研究了ZrB/ZrC/SiC超高温陶瓷材料的密度、抗压强度、断裂韧性、烧蚀和热冲击性能以及烧蚀和热冲击前后的微观组织。将ZrB基体与三种不同的增韧相(一种SiC颗粒、两种SiC晶须)按配比混料、尔后热压制备了三种ZrB-SiC超高温陶瓷复合材料,研究其密度、烧蚀性能以及显微组织。结果表明,所制备的ZrB复合材料密度较高,其密度超过理论密度的98%。晶须Ⅰ增韧的复合材料在等离子电弧加热器上烧蚀不同时间后都不碎裂。两种晶须增韧陶瓷尽管晶须的原始组织显著不同,但性能与烧蚀后组织却十分相似。热压烧结工艺制备了64%ZrB+ZrC颗粒20%+SiC颗粒16%,80%ZrB+SiC颗粒10%+国产SiC晶须10%两种材料,重点研究陶瓷材料的密度、抗压强度、断裂韧性、热冲击性能以及热冲击前后的微观组织。为了改善ZrB陶瓷的韧性,采用混料-热压工艺制备晶须颗粒混杂增韧ZrB陶瓷复合材料,并研究其性能与组织。随着温度的升高,抗压强度和相对压缩率均急剧下降。该复合材料的热压坯为晶粒等大、成分均匀的组织,在等离子电弧加热器上烧蚀后,组织略有长大,部分韧化相开始熔化飞出,留下孔洞。然而,该复合材料即使热冲击14s,也不出现热裂现象,表明晶须颗粒混杂增韧初步解决了ZrB陶瓷的脆性。

关键词： ZrB2-SiC超高温陶瓷显微组织超高温陶瓷复合材料晶须增韧

二维材料硫掺杂硒化钼的设计合成及其电催化析氢研究

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二维材料硫掺杂硒化钼的设计合成及其电催化析氢研究

作者：王然哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,地球能源危机日益严重,开发新型能源来缓解化石燃料的巨大消耗带来的危机成为当务之急。氢能作为一种可再生清洁能源载体受到了人们的广泛关注,但是目前大规模制备氢气的手段主要包括化石燃料的裂解,这种制氢方法在得到... 详细信息

进入21世纪以来,地球能源危机日益严重,开发新型能源来缓解化石燃料的巨大消耗带来的危机成为当务之急。氢能作为一种可再生清洁能源载体受到了人们的广泛关注,但是目前大规模制备氢气的手段主要包括化石燃料的裂解,这种制氢方法在得到氢气的同时消耗了大量的化石燃料并伴随多种污染性气体的生成。析氢反应作为一种高效无污染的制氢方法得到了人们的重视,在析氢反应中,虽然金属铂(Pt)和其他贵金属催化材料在酸性介质中表现出了非常优越的催化活性,但其稀缺性和高成本严重限制了大规模的能源转化应用。所以开发新的地球储量丰富的电催化剂十分重要。本文主要研究了二维(2D)层状过渡金属硫族化合物MX(M=Mo、W,X=S、Se)半导体材料催化材料。研究利用液相剥离和水热的方法合成了2H相的MoSSe2(1-x))纳米片,通过改变硫族元素比例从而调整材料电子结构提升了MoSSe2(1-x))纳米片导电性能,降低催化反应所需的电能消耗,并且通过改变水热反应的温度,优化MoSSe(1-X)纳米片的无序度,产生了更有效的材料活性位点,提高了材料内部的电子迁移率,大大的提升了MoSSe2(1-x))纳米片的催化性能。另外,通过将固相沉积合成的纳米片通过一种乙醇水溶剂诱导其转化为高质量的纳米卷结构,纳米卷结构引入的弯曲应变能够促使更多活性位点得到更加有效的暴露,同时其弯曲的基平面能够有效激发惰性表面的活性位点,协同增强了催化活性,说明应力应变也是调控二维材料催化活性的重要因素之一。

关键词：二维材料电催化制氢二硒化钼协同作用应变

超轻质碳/酚醛复合材料的烧蚀行为和仿真预报研究

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超轻质碳/酚醛复合材料的烧蚀行为和仿真预报研究

作者：万涛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

超轻质碳/酚醛复合材料是一种新型防/隔热一体化碳化型微烧蚀热防护复合材料,旨在匹配轻量化深空探测返回再入航天器的热防护技术要求。超轻质碳/酚醛复合材料由纳米孔酚醛树脂气凝胶填充碳纤维三维网络骨架结构复合而成,厚度均匀的高... 详细信息

超轻质碳/酚醛复合材料是一种新型防/隔热一体化碳化型微烧蚀热防护复合材料,旨在匹配轻量化深空探测返回再入航天器的热防护技术要求。超轻质碳/酚醛复合材料由纳米孔酚醛树脂气凝胶填充碳纤维三维网络骨架结构复合而成,厚度均匀的高分子树脂薄膜包覆在纤维表面形成了特有的“雾凇结构”。本课题制备了短切碳纤维碳粘接骨架/酚醛气凝胶复合材料和连续碳纤维针刺毡/酚醛气凝胶复合材料,其属性参数均按需可调,且压滤成型工艺或纤维编织工艺决定了复合材料的结构和性质都具有横观各向同性的特点。电弧风洞驻点烧蚀典型工况考核实验证明了材料的耐烧蚀性能优异,高温表面辐射和质量引射热阻塞效应使气动加热被大量耗散。热物性测试和热分析实验表明了材料的热绝缘性能极佳,酚醛气凝胶的热分解吸热和材料沿厚度方向较低的导热系数有效地阻隔了热能量向内部传递。材料烧蚀过程中表现出了分层特性,可描述为烧蚀后退层、碳化反应层、酚醛热解层和原始材料层的四层结构物理模型。在表面烧蚀和体积烧蚀的耦合作用下,材料表面及其内部发生了复杂的热量传递和质量/动量运输过程。基于防/隔热机理分析,建立了以固相为主体并考虑了热解反应和质量引射等复杂因素影响的烧蚀行为本征数学模型。热重实验表明,酚醛气凝胶的热化学反应符合三阶段热解规律,采用高斯分峰和峰值分析方法建立了多重广义阿伦尼乌斯方程形式的分阶段热解动力学模型。采用热解程度为插值系数,建立了描述材料属性参数随时间和温度变化的计算模型。基于质量和动量守恒定律,建立了描述热解气体在多孔介质中的流动模型。表面能量平衡方程确定了进入材料内部的净热流,并在气固两相热平衡假设下求解控制体的热响应方程。基于推导出的数学控制方程,利用COMSOL-Multiphysics全尺寸多维数学建模实现了多场强耦合瞬态求解,考虑了材料非线性、几何非线性和边界非线性效应,并采用变形几何方法表征材料的表面烧蚀后退过程。数值仿真结果与烧蚀实验比照得到了烧蚀和热响应规律一致性和合理相对误差,验证了数学模型的有效性和仿真求解的高保真度。数据后处理中,给出了密度、孔隙度和热解程度等物性场变量以及温度、压力和流速等物理场变量的大量线图和云图,并分析防/隔热机制中的主次因素,进一步为选材优化和结构设计提供支持。

关键词：碳/酚醛热物性电弧风洞热防护机理数学模型数值仿真

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真空玻璃的阳极键合密封技术研究

真空玻璃的阳极键合密封技术研究

作者：卢佳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

中空玻璃逐渐取代隔热很差的单片玻璃,但是由于气体的对流传热和导热很大,即使充有氪气、氙气等大分子气体,中空玻璃的传热系数U值也无法降到1Wm-2K-1以下。将玻璃之间腔体抽成真空,是提高隔热性能的一种有效办法。真空玻璃的两片玻璃... 详细信息

中空玻璃逐渐取代隔热很差的单片玻璃,但是由于气体的对流传热和导热很大,即使充有氪气、氙气等大分子气体,中空玻璃的传热系数U值也无法降到1Wm-2K-1以下。将玻璃之间腔体抽成真空,是提高隔热性能的一种有效办法。真空玻璃的两片玻璃被四周边缘的密封剂连接,来保持其间的真空度好于10-1Pa。每片玻璃表面镀有低辐射率的红外反射膜(low-e膜)来减少热辐射,腔体之间布置支撑物阵列来防止外界大气压把玻璃压垮。本文分析了真空玻璃的传热机理,整个真空玻璃单元的传热由残余气体传热、支撑物传热、四周封边传热和辐射传热组成。目前市场上的真空玻璃由于高温封边工艺的限制,无法采用辐射率很低的low-e膜,辐射传热比较大,可见的报道中最低的U值为0.9Wm-2K-1。本文采用阳极键合技术作为真空玻璃低温密封的方法,这样就可以选用辐射率很低的镀膜(0.04),理论上真空玻璃的U值可降为0.5Wm-2K-1以下。阳极键合是在电压和加热的作用下,将导电性材料(如金属和半导体)和非导电材料(如玻璃和陶瓷)之间连接。它的特点是被焊接材料之间无需中间介质可在固态下结合,结合速度快,温度低。本文先在大气下进行了阳极键合作为真空玻璃密封的可行性实验,然后在真空室中(5?10-2Pa)分别进行了铝与玻璃的阳极键合实验、Sn-Ag合金与玻璃的阳极键合实验、Sn-0.5Al合金与玻璃的阳极键合实验,对实验样品进行了泄漏率检测、超声波界面缺陷检测、力学性能检测、界面微观结构的扫描电镜观察和能谱分析。实验结果显示,阳极键合只有在电压和温度高于一定的数值时才能实现,键合回路的电流随电压和温度的升高而增大。结合面发生了氧元素和金属元素的扩散,玻璃中靠近阳极一侧存在碱金属的耗尽层。与真空玻璃间隔相当厚度的铝片无法将两片玻璃密封焊接;Sn-3.5Ag, Sn-3.0Ag-0.5Cu两种合金与玻璃的结合强度较低,界面缺陷较多。Sn-0.5Al合金在真空下加热到300°C时熔化。熔化后的合金与玻璃形成均匀而良好的直接结合。这样的熔化“新区”与玻璃在阳极键合过程中,形成坚固的结合。开发了一个焊料浇注的装置,先在玻璃表面浇注熔化后的焊料,然后在真空室中进行阳极键合密封实验。利用这套装置,制造了泄漏率小于2?10-10 mbar l-1 s-1的密封样品。另外,本文对阳极键合中产生的电场力进行了计算分析。分析认为,电场作用下玻璃介质的极化是阳极键合实现的一个重要原因。界面间产生的几MPa数量级的压强,实现两焊接材料界面的紧密接触。

关键词：真空玻璃传热机理阳极键合电场力

泡生法蓝宝石单晶炉内部结构对热场影响的数值模拟研究

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泡生法蓝宝石单晶炉内部结构对热场影响的数值模拟研究

作者：赵盼盼哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

蓝宝石单晶以其优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，成为航空航天和军事领域广泛应用的光学窗口材料。目前，长晶工作者广泛采用泡生法生长大尺寸蓝宝石单晶。泡生法生长工艺是生长高质量蓝宝石单晶的保证，而热场则是晶体生长品质... 详细信息

蓝宝石单晶以其优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，成为航空航天和军事领域广泛应用的光学窗口材料。目前，长晶工作者广泛采用泡生法生长大尺寸蓝宝石单晶。泡生法生长工艺是生长高质量蓝宝石单晶的保证，而热场则是晶体生长品质的决定因素。本文在35kg泡生法蓝宝石单晶生长炉结构基础上，采用CGSim软件模拟研究上、下和侧面隔热屏与坩埚距离，加热器与坩埚距离以及加热器功率分配对蓝宝石单晶生长热场的影响分析，总结泡生法单晶生长炉的内部结构对对流场和温度场、轴向和径向温度梯度以及Von Mises应力的影响程度。结果表明，生长炉内的各结构对热场均有不同程度的增强或者减弱，尤以加热器与坩埚位置和加热器功率分配对热场的影响程度最大。进而分析现阶段泡生法生长85kg蓝宝石常见生长缺陷成因，包括重熔多晶、晶体中含有杂质和气泡、生长断裂等。结合CGSim软件对生长热场模拟分析发现，产生重熔多晶是由于熔体对流中含有两个或者多个独立涡流导致熔体密度不均，生长不协调;晶体生长中含有杂质和气泡是由于温度梯度不合理导致固液界面凸曲率不高;生长断裂则是由于晶体生长中局部热应力过高造成的。通过对35kg蓝宝石生长炉内部结构对热场的影响程度分析，对现有的85kg泡生法蓝宝石单晶生长的热场优化，对比分析优化前后的对流场和温度场、轴向和径向温度梯度、固液界面凸曲率以及Von Mises应力，找到了一种相对较理想的生长炉结构，通过长晶实验验证，成功生长出来符合质量要求的蓝宝石单晶。

关键词：蓝宝石泡生法数值模拟热场分析优化