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YBCO定向凝固过程中的晶体生长与控制

YBCO定向凝固过程中的晶体生长与控制

作者：高恩志西北工业大学

学位级别：硕士

定向凝固技术在制备高临界电流密度的YBaCuO(简称YBCO或Y123)高温超导体上的成功表现,使得利用此技术制备具有强各向异性的高温超导体的研究受到了高度重视。本文系统研究了利用定向凝固技术制备YBCO高温超导体的工艺过程,对不同工艺参... 详细信息

定向凝固技术在制备高临界电流密度的YBaCuO(简称YBCO或Y123)高温超导体上的成功表现,使得利用此技术制备具有强各向异性的高温超导体的研究受到了高度重视。本文系统研究了利用定向凝固技术制备YBCO高温超导体的工艺过程,对不同工艺参数下的微观组织进行了理论与实验研究,并且分析了YBCO晶体的生长机制系统研究了定向凝固法制备YBCO的工艺过程,其中包括了先驱粉末的制备工艺,以及预制棒材的制作,利用温度记录仪测试了加热炉的温度分布曲线,并成功获得了高度取向排列的片层组织,在此基础上,通过在不同凝固参数下的定向凝固实验研究不同工艺参数对组织的影响规律。研究发现:较低的抽拉速率有利于高质量晶体的生长;在保证晶体质量的同时,较高的抽拉速率更容易控制晶体的取向。我们通过金相显微镜,扫描电镜等分析手段,观察并分析了YBCO块材晶体在微观结构上的各项异性、基体中211粒子的分布及作用,以及样品中存在的裂纹和孔洞及其形成原因等,211粒子的含量影响123晶体的生长,改善显微组织。均匀分布的细小Y211粒子会使片层厚度变薄,晶界连通性改善。YBCO块材中存在的裂纹及孔洞是阻断超导电流的缺陷,弥散分布的细小的211粒子可以减小样品中的裂纹。采用降低粉末中碳含量的方法,可以很好的避免孔洞的发生。此外,211粒子除了改善显微组织外,还在超导体中引入应力场及位错作为磁通钉扎中心。分析了Y123晶体的形核机制,对Y123晶体的界面形态及长大方式作了初步判定,通过本章的试验分析表明,Y123相不是在211表面形核,Y123相从液相中形核并长大。通过因子α初步判定了Y123晶体的界面形态,判定了a-b面为光滑界面,a-c面或者b-c面为粗糙界面。并且在实验中观察到了a-b面基于光滑界面的层状生长方式。

关键词：定向凝固 YBCO 工艺研究组织分析晶体生长

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Al-Mn相在AZ系镁合金中的分布和形成

中国有色金属学报 2021年第2期31卷 310-321页

作者：王杰童文辉高恩志周吉学沈阳航空航天大学材料科学与工程学院沈阳110136 齐鲁工业大学(山东省科学院)新材料研究所山东省轻质高强金属材料重点实验室济南250014

以AZ系镁合金(AZ31、AZ80和AZ91)中的Al-Mn相作为研究对象,利用OM、SEM和EPMA等方法研究Al-Mn相在AZ系镁合金中的分布和形成,讨论Al-Mn相在晶内、晶界及氧化物夹杂处的组成,及Al-Mn相在氧化物夹杂处析出机理。结果表明:AZ系镁合金中的Al... 详细信息

以AZ系镁合金(AZ31、AZ80和AZ91)中的Al-Mn相作为研究对象,利用OM、SEM和EPMA等方法研究Al-Mn相在AZ系镁合金中的分布和形成,讨论Al-Mn相在晶内、晶界及氧化物夹杂处的组成,及Al-Mn相在氧化物夹杂处析出机理。结果表明:AZ系镁合金中的Al-Mn相主要为颗粒状、棒状和不规则块状,尺寸均小于30μm,主要分布在初生α-Mg、β-Mg_(l7)Al_(12)相和晶界处,呈弥散分布形态;Al-Mn相为Al_8Mn_5或Al_8(Mn,Fe)_5。AZ系合金中的氧化物夹杂MgO能够诱发Al8Mn5相在其周围以聚集分布的形式析出;通过分析Al_8Mn_5相在MgO夹杂处形成、富集机理,获得Al_8Mn_5相在AZ系镁合金中MgO夹杂处形核长大的析出模式。

关键词： AZ系镁合金 Al-Mn相氧化物夹杂分布形成机理

基于ALE方法大挤压比Al-Cu-Mg合金等温挤压研究

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稀有金属材料与工程 2021年第11期50卷 4157-4164页

作者：高恩志杨兵张洪宁王继杰王杰刘春忠沈阳航空航天大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110136

为了获得大挤压比Al-Cu-Mg合金高精度等温挤压件,有必要精确控制其均匀的挤压出口温度和变形组织。为此,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,采用ABAQUS有限元软件对其等温挤压过程进行模拟。通过热压缩试验获得了Al-Cu-Mg合金在不同温度... 详细信息

为了获得大挤压比Al-Cu-Mg合金高精度等温挤压件,有必要精确控制其均匀的挤压出口温度和变形组织。为此,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,采用ABAQUS有限元软件对其等温挤压过程进行模拟。通过热压缩试验获得了Al-Cu-Mg合金在不同温度和应变速率下的真应力-真应变本构关系,建立了一个新的等温挤压过程多场耦合计算模型。通过该模型,研究了挤压速度、坯料温度、模具温度对出口温度的影响规律以及挤压产品温度场、应变速率场的分布特点;并通过开展Al-Cu-Mg合金铸棒等温挤压工艺实验验证了所模拟等温挤压工艺参数的准确性,并对变形材料进行了EBSD分析和力学性能测试。结果表明:0.5 mm/s挤压速度可保持模孔温度基本恒定,其中坯料温度450℃,挤压筒430℃,以及模具温度为400℃,挤压后试样的晶粒明显细化,择优排列形成平行于挤压方向的丝织构,表现出优异的拉伸性能。

关键词： Al-Cu-Mg合金等温挤压出口温度任意拉格朗日-欧拉方法(ALE) 数值模拟

限制定向凝固法制备YBCO超导体单畴生长的分析

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稀有金属材料与工程 2007年第1期36卷 166-169页

作者：曹海涛胡锐寇宏超马丽马晓勇高恩志周廉西北工业大学陕西西安710072

采用定向凝固技术可获得高临界电流密度的YBCO样品。本文研究了YBCO试样在定向凝固过程的融化生长阶段所出现的停止生长现象,并分析了YBCO块材生长前沿的形态和化学成分。结果表明:当生长前沿液相中Y和Ba消耗殆尽而富Cu时,YBCO晶体的生... 详细信息

采用定向凝固技术可获得高临界电流密度的YBCO样品。本文研究了YBCO试样在定向凝固过程的融化生长阶段所出现的停止生长现象,并分析了YBCO块材生长前沿的形态和化学成分。结果表明:当生长前沿液相中Y和Ba消耗殆尽而富Cu时,YBCO晶体的生长就会停止;为连续生长具有一定取向的YBCO样品或大块YBCO超导体,需要将融化生长过程中生长前沿的液相成分调整为富Y和Ba的成分。

关键词：定向凝固 YBCO 超导单畴

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挤压铸造对高锌镁合金组织与力学性能的影响

特种铸造及有色合金 2020年第10期40卷 1062-1066页

作者：王杰周吉学唐守秋高恩志沈阳航空航天大学材料科学与工程学院沈阳110136 齐鲁工业大学(山东省科学院)新材料研究所

以高锌Mg-14Zn-3Al镁合金为研究对象,利用OM、XRD和SEM等研究了挤压铸造工艺对Mg-14Zn-3Al镁合金的显微组织、铸造缺陷和力学性能的影响。结果表明,挤压铸造Mg-14Zn-3Al合金的显微组织由α-Mg基体、长块状τ-Mg_(32)(Al,Zn)_(49)相、颗... 详细信息

以高锌Mg-14Zn-3Al镁合金为研究对象,利用OM、XRD和SEM等研究了挤压铸造工艺对Mg-14Zn-3Al镁合金的显微组织、铸造缺陷和力学性能的影响。结果表明,挤压铸造Mg-14Zn-3Al合金的显微组织由α-Mg基体、长块状τ-Mg_(32)(Al,Zn)_(49)相、颗粒状或骨骼状的ε-MgZn相组成。随着挤压铸造压力不断增加,合金组织得到细化,第二相的数量增多,显微缩松得到抑制,铸件中的缩松面积从15.67%急剧减少到0.81%。经过挤压铸造处理后,Mg-14Zn-3Al合金的抗拉强度、伸长率分别达到218.1 MPa、5.2%,合金的力学性能得到明显改善。

关键词： Mg-Zn-Al合金挤压铸造微观组织缩松缺陷力学性能

“航空材料先进热加工技术”课程教学改革与实践

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教育进展 2018年第2期8卷 94-99页

作者：高恩志王杰沈阳航空航天大学材料科学与工程学院辽宁沈阳

本文分析了航空材料热加工课程教学现状,提出增加先进航空材料及其热加工等内容,将最新科研成果带入课堂。在教学中引入数值模拟技术,通过教学中难点问题的模拟实例,丰富教学手段,加深学生对成形机理的理解,同时培养学生解决实际问题的... 详细信息

本文分析了航空材料热加工课程教学现状,提出增加先进航空材料及其热加工等内容,将最新科研成果带入课堂。在教学中引入数值模拟技术,通过教学中难点问题的模拟实例,丰富教学手段,加深学生对成形机理的理解,同时培养学生解决实际问题的能力。

关键词：航空材料热加工教学改革数值模拟

铸态退火2024合金在不同温度下的变形行为

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材料研究学报 2022年第10期36卷 730-738页

作者：杨兵刘春忠高恩志孙巍刘停张洪宁朱明伟卢天倪沈阳航空航天大学材料科学与工程学院沈阳110136 辽宁忠旺集团有限公司辽阳111003

使用MMS-200热力模拟实验机研究了工程用铸态退火2024合金(φ247 mm)在不同温度下的变形行为,建立了热变形的本构方程和DMM(Dynamic material model)加工图。分析了铸锭退火态、等温挤压及等温挤压退火实验件的微观组织和力学性能,结果... 详细信息

使用MMS-200热力模拟实验机研究了工程用铸态退火2024合金(φ247 mm)在不同温度下的变形行为,建立了热变形的本构方程和DMM(Dynamic material model)加工图。分析了铸锭退火态、等温挤压及等温挤压退火实验件的微观组织和力学性能,结果表明:根据DMM加工图确定的热变形温度395~450℃和应变速率0.01~0.1 s^(-1)工艺,可制备出组织明显细化、力学性能优异的大挤压比2024铝合金等温挤压件。

关键词：金属材料 2024铝合金应力-应变曲线本构方程 DMM加工图等温挤压

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2024铝合金挤压型材拉弯回弹分析

有色金属工程 2021年第3期11卷 50-56页

作者：高恩志李作成王杰刘春忠沈阳航空航天大学材料科学与工程学院沈阳110136 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

2024铝合金L截面挤压型材拉弯结构件是飞机壁板、地板及连接接头等部位的关键零部件,针对此类结构件拉弯成形回弹问题,基于位移控制的夹钳轨迹建模方法,建立了拉弯及回弹有限元模型,模拟分析了预拉量、补拉量及摩擦系数对回弹量的影响... 详细信息

2024铝合金L截面挤压型材拉弯结构件是飞机壁板、地板及连接接头等部位的关键零部件,针对此类结构件拉弯成形回弹问题,基于位移控制的夹钳轨迹建模方法,建立了拉弯及回弹有限元模型,模拟分析了预拉量、补拉量及摩擦系数对回弹量的影响规律。结果表明:预拉量、补拉量及摩擦系数对回弹量有较大影响。随着预拉量、补拉量的增加,半径回弹率减小。挤压型材与模具之间使用有效的润滑剂,半径回弹率减小。采用正交试验方法模拟研究了预拉量、补拉量及摩擦系数对回弹量的影响程度。方差分析表明补拉量及摩擦系数在F_(0.25)(2,2)水平下对试验指标影响显著。

关键词： 2024铝合金拉弯回弹数值模拟

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定向凝固法制备YBCO超导棒材研究

材料科学与工艺 2007年第5期15卷 679-681,684页

作者：高恩志李金山曹海涛胡锐阵忠伟傅恒志张平祥西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710076

为了使高温超导体YBa2Cu3O7-d(简称YBCO)的晶粒取向排列,提高其临界电流密度,利用定向凝固方法生长YBCO棒材.采用光学显微镜、扫描电子显微镜研究了定向凝固工艺(抽拉速率和添加211粒子)对YBCO显微组织及片层生长的影响.结果表明,改变... 详细信息

为了使高温超导体YBa2Cu3O7-d(简称YBCO)的晶粒取向排列,提高其临界电流密度,利用定向凝固方法生长YBCO棒材.采用光学显微镜、扫描电子显微镜研究了定向凝固工艺(抽拉速率和添加211粒子)对YBCO显微组织及片层生长的影响.结果表明,改变抽拉速率可以改善片层质量,211粒子是显微组织及片层厚度的重要影响因素;较低的抽拉速率有利于高质量定向结构的生长;均匀分布的细小Y211粒子会使片层厚度变薄,晶界连通性改善,有利于YBCO的生长.

关键词：高温超导体定向凝固 YBCO 抽拉速率 211粒子