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关键词： 区域熔炼   硅提纯   分离   Al-Si合金   块体硅  

摘要： 太阳能光伏产业的快速发展对太阳能级硅材料的需求与日俱增,因此开发高效、低成本的硅提纯技术是当前的紧迫任务。合金法是近十年来发展起来的硅提纯技术,具有能耗低,除杂效率高的特点,但是存在初生硅分离困难,难以进行工业化生产的问题。针对这一问题,本文首次提出利用区域熔炼工艺从铝硅合金熔体中分离初生硅。研究了区熔功率、区熔速度、区熔次数和合金成分等因素对初生硅分离效果的影响,并对杂质去除效果进行了分析,为区域熔炼在合金法提纯硅中的应用奠定了技术基础。本论文的主要结论如下:(1)采用区域熔炼工艺从合金熔体中分离初生硅切实可行,区熔速度小于5 mm/min时,初生硅分离效果明显,随着区熔速度提高,分离趋势逐渐减弱,由于初生硅来不及分离而导致试样上部残留更多的初生硅。区熔功率的改变往往会直接影响到Al-Si合金内初生硅的分布状态,随着区熔功率的提高,初生硅在试样底部的富集程度降低。增加区熔次数能持续使初生硅在试样底部富集,使得底部富集区内初生硅致密度提高,而富集层厚度变小,对于试样上部共晶区内的硅含量影响不大。(2)对不同合金成分的Al-Si合金区熔后发现,高硅含量熔体会促进初生硅的富集,熔体中的硅含量越高时,初生硅在试样底部的富集程度越高。区熔工艺同时能降低试样下部初生硅富集区内的铝夹杂,通过区域熔炼,可直接从合金熔体中获得块体硅。(3)区熔过程中,电磁搅拌增强熔体流动性而强化熔体传质过程。熔体流动会将富硅熔体从熔融区带到硅聚集区,从而促进初生硅的连续生长,这导致初生硅分离到样品的下半部分。初生硅富集在试样底部,不断将铝排往熔区中,随着区域熔炼的进行,熔区不断扩大,而剩余熔体中硅含量逐渐降低。不同部位的初生硅生长过程中,硅的供给水平是不同的,导致凝固试样纵截面内初生硅形态产生差异。(4)合金法结合区域熔炼工艺减少了冶金硅中99%的杂质。金属杂质Fe,Ca和Ti的去除率分别为98%,99%和94%,同时能有效降低非金属杂质B和P含量,B和P的去除率分别为46.2%和45.1%。研究发现Fe,Ca等金属杂质会和Al、Si形成化合物,分布在初生硅晶界或铝夹杂内,有利于杂质的去除。并且随区熔次数的增加,初生硅中杂质含量不同程度地降低。

摘要： 材料、能源和信息是现代科技的三大支柱,其中材料更是人类社会进步的里程碑之一。在信息技术快速发展的今天,材料科学的发展为制造业带来了新的活力,与此同时,智能制造概念的提出也为新材料的推动和使用打下了良好的基础及带来了广阔的应用前景。由沈莲主编的《机械工程材料》(机械工业出版社,2019年7月第4版)一书,从机械制造与设计类专业培养目标出发,介绍了各类工程材料的成分、组织、性能特点和应用范围,并以实例

关键词： 被动毫米波   极化测量   毫米波辐射   材料分类   线极化差值比  

摘要： 随着毫米波辐射测量技术的不断发展成熟,被动毫米波极化测量技术作为目标信息获取的一种有效方法受到国内外学者的广泛关注。毫米波具有全天候的特性,能够穿透衣服、云雾等等,在人体安检、军事目标探测、火灾消防、地形测量等方面发挥着重要作用。目前,通过被动毫米波极化测量可以对目标进行金属与非金属材料分类,获取目标的属类信息,是除可见光、红外和雷达之外的又一重要探测手段,具有重要的科研价值和国防战略意义。本文首先分析金属材料和非金属材料极化特性的不同,提出了一种新的极化特征量------线极化差值比LPDR(Linear Polarization Difference Ratio)。由于材料属类的不同,目标的水平极化发射率和垂直极化发射率的差异较大。首先阐述了利用斯托克斯矩阵和线性极化比等极化特征量进行金属材料和非金属材料分类时的不足之处,进而引出了线极化差值比的构建;通过对不同材料极化亮温的理论仿真和简单的实测实验,发现线极化差值比LPDR相较于其它极化特征量对于金属材料和非金属材料的分类具有更好的鲁棒性;根据线极化差值比LPDR统计分布确定了金属材料和非金属材料的分类阈值,并且展开被动毫米波成像仿真和成像实验验证了该方法的有效性。本文开展的基于被动毫米波线极化差值比的金属与非金属材料分类方法研究,为进一步获取目标属类信息提供了理论基础和方法支持,一定程度上促进被动毫米波极化测量技术在目标信息获取领域的发展。

摘要： 题型一、信息提取类1.题型解读:信息提取类习题通过提供一定的材料,如一个图表、一段论述、一个现象、一组数据等,并在材料中往往隐藏一定的知识信息,考查思维分析、逻辑推理和综合运用知识的能力。2.解题关键:由表及里,去粗取精。

关键词： 铝合金   平面凝固   数值模拟   铸造复合   7050铝合金  

摘要： 本文基于定向凝固理念,开发了适用于制备大截面尺寸高强铝合金的平面凝固铸造系统;采用数值模拟和试验相结合的方法,研究了铝合金铸锭在平面凝固铸造过程中的温度场和速度场;确定了冷却水压、布流方式、布流口移动速度、铸造速度等工艺参数对各物理场和铸锭凝固组织的影响规律,最终确定了实现平面凝固铸造的工艺全套参数。该研究为高合金化大尺寸锭坯及层状复合板坯的制备提供了更加高效、经济的新方法。 为了实现平面凝固铸造过程中流体流动、热量传输的动态演化过程的数值模拟,首先建立了喷雾冷却时换热系数的反算模型,对换热系数与冷却水压和冷却面温度之间的关系进行研究。结果表明换热系数随冷却面温度的降低先升后降;随着冷却水压的升高,气膜沸腾和冷却对流阶段的换热系数等比例增加,但核态沸腾阶段的增幅较小。 提出了用于确保高合金化铝合金平面凝固铸造过程顺利进行的新方法,即“铺铝”法,为了保证冷却板抽出后,铸锭成功转入水雾冷却,在铸造前期采用工纯铝进行铺底,模拟结果表明适宜的铺底浇注速度为10～15 mm/min,铺底高度为15～25 mm。 建立了描述铝合金平面凝固铸造过程的多物理场耦合模型,详细研究了浇铸速度、浇铸温度和冷却水压对铸锭温度场的影响,结果表明,凝固前沿上升速度受铸造速度、铸造温度影响较小,受冷却水压影响较大,与冷却水压基本为线性关系。 提出了用于大截面尺寸平面凝固铸造的新方法,即移动式布流法,通过比较固定式中心布流、固定式两侧布流、移动式集中布流和移动式分散布流四种布流方式下铸锭的温度场和速度场,确定移动式分散布流时铸锭的温度最均匀,凝固前沿的高度差小于2mm;考察了布流口移动速度对铸锭温度场和速度场的影响,确定的最佳速度为0.04 m/s。 根据以上数值模拟和实验研究的结果,设计和制造了具有工业应用价值的平面凝固装置,包括移动式分散布流盘、分流系统,铸造箱、冷却底板及液压下降装置,横动式水雾系统。 采用大截面尺寸平面凝固铸造设备制备了 1070/7050铝合金复合铸锭,复合界面清晰、平直、无缺陷,铸锭的组织均匀。7050铝合金部分的宏观偏析较小,轧制并固溶时效处理后(T77态)抗拉强度可达586 MPa,屈服强度达到549MPa,伸长率达到9.7%,整体性能达到AMS4342E标准。 采用大截面尺寸动态布流平面凝固铸造设备成功制备了 5456/7055铝合金复合铸锭。复合铸锭界面清晰、平直、无缺陷,两种合金实现了冶金结合。

关键词： 大规格   凝固组织   钛合金   TC4  

摘要： 申请号:CN201910532447. 6申请日:20190619公开(公告)日:20191011公开(公告)号:CN109852845A申请(专利权)人:西部超导材料科技股份有限公司本发明公开了一种改善大规格TC4钛合金铸锭凝固组织的方法,尤其适用于改善规格为720～1 020 mm的TC4钛合金铸锭凝固组织成分均匀性差的问题。该方法包括:将海绵钛及中间合金按照GB/T 3620. 1标准进行配料,

关键词： 钛合金   第一性原理   高通量   决策树   杨氏模量  

摘要： 钛及其合金综合性能良好,在航空航天和生物医用领域都有着广泛的应用。值得注意的是β型钛合金由于兼具低弹高强的特性,近年来受到了诸多的关注。这类钛合金一般是通过向钛合金中添加Nb、Mo、Zr、Ta等β相稳定元素得到的。但是,结构物理量和杨氏模量之间的相互作用仍然难以捉摸。其中最难解决的问题在于找到影响钛合金性质的关键参数,以及了解这些参数如何对合金的弹性性能起决定性作用。本文采用第一性原理计算和机器学习的方法,对Ti-X（X=Nb,Zr,Mo,Ta）二元合金体系展开研究。基于高通量数据库和文献中选定结构的计算结果,成功找到几种杨氏模量低于40GPa的合金结构。采用多元决策树方法对选取的材料基因进行分析,从中找到影响合金稳定性和力学性能的关键参数。当合金元素变化时,关键参数随着重要性系数的不同也发生改变。这为今后探索其他二元甚至多元合金体系成分空间提供了依据,可以促进新材料的研发。根据计算所得的形成能、体积以及杨氏模量等物理量对结构特征展开分析发现,结构体积分布出现明显的分界线,体积与形成能之间存在一定联系,模量对元素含量和对称性表现出依赖性。不同体系元素含量和对称性变化对结构物理量的影响存在差异,可能与结构晶胞大小、元素原子半径以及电子构型相关。在不同体系中分别找到几种杨氏模量低于40GPa的钛合金结构。Ti-Nb体系具有较好的能量稳定性,形成能较低,结构被合成的可能性大。Ti-Zr体系的体积模量远低于其他体系结构,单独添加Zr元素对合金的力学性能影响不大。Ti-Mo体系具有较高的体积模量,抗压缩能力强。Ti-Ta体系结构的稳定性高于Ti-Zr和Ti-Mo体系。Ti-Nb、Ti-Zr以及Ti-Mo体系中的低模量结构均呈现出不同程度的各向异性,而各向异性显著的材料在应用中易产生微裂纹而导致失效。相较之下Ti-Ta体系结构整体更接近于各向同性,具有较大的应用潜力。不同体系中低模量结构的电子结构计算结果表明,Ti-Nb、Ti-Mo和Ti-Ta体系结构中均出现明显的d轨道杂化情况,电子成键作用增强,结构具有较好的稳定性。各体系中体积模量较高的结构均存在不同程度的p-p轨道杂化现象,表明材料的抗压缩能力可能受结构中的p轨道作用影响。由合金参数重要性的决策树结果可知,结构的形成能与键长、体积和费米能级这三个参数密切相关。影响杨氏模量的关键参数与合金元素的种类和含量有关。其中,Ti-Nb和Ti-Mo结构的模量值受多种因素共同作用,键长、体积以及元素含量等均具有一定的重要性。Ti-Zr体系中键长对模量起决定性作用,但元素含量对模量的影响较小。

关键词： 二元合金   惰性阳极   铝电解   电化学腐蚀  

摘要： 目前铝电解采用炭素材料作为阳极进行金属铝的冶炼,在电解过程中,消耗大量优质炭素材料的同时,排放大量的温室气体CO2、CF4和C2F6等。若采用惰性阳极替代炭素阳极,阳极释放氧气,可以有效地减少温室气体的排放,实现铝电解绿色可持续发展。因此,开发惰性阳极成为铝电解行业研究的重点。本文采用真空熔炼法制备Fe-Ni/Fe-Cr/Ni-Cr二元合金,研究其作为惰性阳极材料在铝电解质熔盐中的腐蚀性能。论文通过线性伏安扫描法,交流阻抗,计时电位对合金在 800℃ 的 9.4wt.%NaF-33.6wt.%KF-52wt.%AlF3-5wt.%Al2O3 熔盐中的电化学行为进行了研究,结合X射线衍射仪、扫描电镜、化学分析对电化学反应后合金阳极,及其反应产物进行形貌和物相分析,总结了 Fe-Ni/Fe-Cr/Ni-Cr二元合金在NaF-KF-AlF3-Al2O3熔盐中的腐蚀规律。研究结果表明,Fe-Ni合金在800℃的NaF-KF-AlF3-Al2O3熔盐中的自腐蚀电位在1.08-1.22 V之间,其中50Fe-50Ni的自腐蚀电流密度最大。交流阻抗结果表明,Fe-Ni合金在熔盐中会发生局部腐蚀,其中局部腐蚀区域的电荷转移电阻会随着Ni含量的增加逐渐增大。当Ni含量超过57%时,电荷转移电阻会减小,表明此时合金局部腐蚀趋势减弱,合金具有较好的耐氟化物熔盐腐蚀能力。线性伏安曲线结果表明,随着电压的增大,在所有比例的Fe-Ni合金表面铁发生活性溶解,当氧气析出后,合金表面形成了钝化膜。对Fe-Ni合金进行预氧化处理,合金表面由NiFe2O4、Fe2O3和NiO构成氧化膜。交流阻抗结果表明,预氧化的Fe-Ni合金在熔盐中同样会发生局部腐蚀。线性伏安曲线表明只有当氧气析出后,预氧化的Fe-Ni合金表面发生钝化反应。采用计时电位法对Fe-Ni合金电解3 h,得到的铝产品的最佳纯度为98.69%。Fe-Cr合金在800℃的AlF3-NaF-KF-Al2O3熔盐中的自腐蚀电位在0.98-1.07 V之间,其中75Fe-25Cr合金的自腐蚀电流密度最小。交流阻抗结果表明,Fe-Cr合金在熔盐中会发生局部腐蚀,在75Fe-25Cr合金上,电荷转移电阻达到最大值,合金具有较好的耐氟化物熔盐腐蚀能力。线性伏安曲线结果表明,当氧气析出后,合金表面形成了钝化膜。对Fe-Cr合金进行预氧化处理,合金表面生成一层由Fe2O3、Cr2O3组成的氧化膜。交流阻抗结果表明,预氧化的Fe-Cr合金在熔盐中同样会发生局部腐蚀。线性伏安曲线表明当氧气析出后,预氧化的Fe-Cr合金表面发生钝化反应。采用计时电位法对Fe-Cr合金电解3 h,60Fe-40Cr合金的槽电压在电解2h后出现大幅度的上升,其他合金的槽电压较为稳定,电解得到的铝产品最佳纯度为98.12%。Ni-Cr合金在800℃CAlF3-NaF-KF-Al2O3熔盐中自腐蚀电位分别为0.98 V和1.22 V,其中75Ni-25Cr合金的自腐蚀电流密度最小。交流阻抗结果表明,Ni-Cr合金在熔盐中会发生局部腐蚀,75Ni-25Cr合金的电荷转移电阻较大,合金具有较好的耐氟化物熔盐腐蚀能力。线性伏安曲线结果表明,随着电位的增大85Ni-15Cr合金发生活性溶解。当氧气析出后,75Ni-25Cr合金表面形成了钝化膜。对Ni-Cr合金进行预氧化处理,合金表面会形成Cr2O3氧化膜。交流阻抗结果表明预氧化的Ni-Cr合金在熔盐中同样会发生局部腐蚀。线性伏安曲线结果表明,随着电位的增大,Ni-Cr合金表面发生活性溶解,当氧气析出后,预氧化的Ni-Cr合金表面发生钝化反应。采用计时电位法对Ni-Cr合金电解3 h,铝产品的最佳纯度为97.12%。

关键词： 合集   宾组卜辞   国族   分类   系联排谱  

摘要： 国族(方国部族)是商代甲骨文、青铜器铭文以及考古学文化研究等都要涉及的问题。在甲骨学的基础研究方面,对不同组类国族材料的系统整理,是其难点之一。殷人信奉鬼神,崇尚占卜,因而甲骨文所记录的内容极其丰富。宾组卜辞是《甲骨文合集》(以下简称《合集》)中数量最多的一组,该组各类甲骨的刻写时代大致处于武丁执政的中期到祖庚时期(下限有可能延至祖甲早期),其中有关方国部族的辞例比较多。从以往的研究看,现在仍然缺乏对宾组卜辞中国族材料的系统整理,且对宾组卜辞分类成果的运用也不够到位。因此,本文将按一定标准对《合集》中19388片宾组卜辞所见的国族材料进行系统搜集、分类整理并对一些重要国族的材料进行排谱系联。本文主要分为四个部分:绪论主要是解释了国族的概念并拟定出判断国族的四个标准,并对一百多年来学界关于国族的研究进行了回顾;第一章对《合集》和宾组卜辞相关情况进行了介绍,并讨论了采用宾组卜辞分类成果的必要性和重要价值;第二章主要是对《合集》中宾组卜辞的四个亚类的国族材料进行了分别整理,包括了数据统计、各国族辞例涉及主要内容、可系联国族与人物等;第三章对雀、祭、敖、奠、曼、虢、灷、龙方、画、兒、旁方等重要国族的材料进行了系联排谱,讨论了各国族的地望、主要史迹及对外关系等问题。对《合集》中宾组卜辞所见国族材料的系统整理与研究,一方面为殷商时期国族研究提供全面、系统且时代较为明确的原始材料,另一方面,也深化了对卜辞中相关国族问题的认识。

关键词： 锌基合金   真空蒸馏   气液相平衡   热力学模型  

摘要： 真空蒸馏具有流程短、无污染、设备简单、金属回收率高等优点而被广泛应用于有色金属合金的分离提纯。分离系数只能粗略地判断合金的分离程度,难以为合金的分离提供比较准确的实验条件信息(如温度、压强等),因此需要开展气-液相平衡(Vapor-Liquid Equilibrium,VLE)研究,预测真空蒸馏过程中合金组元在某一温度和压强下气相和液相的分布情况,为真空蒸馏高效分离合金提供理论指导。本文首先采用Wilson方程、分子相互作用体积模型(MIVM)、亚正规溶液模型(SRSM)以及正规溶液模型(RSM)分别计算了Zn-X(X=Ni、Ag、Al、Sn、Bi)锌基二元合金组元的活度,并计算了模型的预测偏差。结果表明Wilson方程计算组元活度的平均标准偏差和平均相对偏差最小,分别为±0.012、3.460%。然后采用Wilson方程计算了真空蒸馏条件下的Zn-X(X=Ni、Ag、Al、Sn、Bi)二元合金体系的气-液相平衡数据,绘制了气-液平衡相图(T-x-y图)。以气-液平衡相图及真空蒸馏理论为指导,开展了Zn-Ni、Zn-Ag二元合金的真空蒸馏实验。结果表明,对于Zn-Ni合金,当温度达到1573K时,残留物镍纯度达到99.5%以上;对于Zn-Ag合金,当温度达到1373K时,银纯度达到99.99%以上。通过分析实验后所得的残留物和挥发物的含量,得到了5～10Pa条件下合金组元在气相和液相的分布情况。运用Herington test和Van Ness test两种热力学一致性检验方法分别对VLE的计算值和实验值进行了热力学一致性检验,结果表明实验值和计算值都符合热力学一致性。实验数据与理论计算值的对比分析结果表明:实验值与计算值能够基本吻合。通过实验获得的VLE数据与利用Wilson方程计算得到的T-x-y相图对比可知,实验点的变化趋势与理论值的变化趋势基本一致,表明利用Wilson方程计算出的VLE数据及相图可以对真空蒸馏分离合金起到指导作用,本研究不仅丰富了锌基二元合金体系的热力学数据、完善了真空蒸馏基础理论,同时为锌基合金的高效分离提供了理论支撑。