1 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学工程科学学院，北京 100049
3 中国科学院力学研究所空天飞行高温气动国家重点实验室，北京 100190
建立了一种适用于强激光辐照面的高温原位观测方法，并开展了高速风洞内的激光辐照实验，获得了典型金属材料与复合材料在超声速切向气流条件下的瞬态烧蚀与破坏行为；此外，基于Horn-Schunck光流法分析了各典型材料的烧蚀特征与质点的运动速度，基于粒子图像测速法并结合复合材料铺层结构特征获得了瞬时烧蚀速度。研究结果表明，各材料的动态烧蚀行为有很大差异：在切向气流作用下，熔融态钛合金的流动模式从燕尾状转变为羽翼状，而镍基高温合金则呈雨滴状流动。基于Kelvin-Helmholtz机制分析了切向气流作用下不同金属材料击穿时间存在差异的原因。超高温陶瓷复合材料的热化学烧蚀和机械剥蚀特征与编织结构类型密切相关，并且高激光功率密度条件下的抗激光烧蚀性能与碳纤维含量成正比。
激光技术 激光破坏效应 原位观测技术 瞬态烧蚀形貌 超声速切向气流 光流法 中国激光
2023, 50(16): 1602201
1 华北理工大学理学院, 唐山 063210
2 华北理工大学矿业工程学院, 唐山 063210
原位实时观测镁合金氧化反应及生长过程, 揭示其氧化过程与控制机理是目前镁表面处理领域的主流和热点。本文将纯镁薄膜样品在加热炉中400 ℃下保温10 h, 采用聚焦电子束技术在透射电子显微镜(TEM)中制备了带边的镁纳米孔, 并借助原位高分辨透射电子显微学技术, 对镁纳米孔边缘表面晶格在微氧条件下缓慢氧化及生长动态进行了原位观测及机制研究。结果表明: 通过原子吸附过程, Mg原子扩散到氧化物亚表层实现氧化, 通过MgO的外延式层层生长实现氧化物生长, 属于典型的各向异性生长, 表现出由{200}晶面包围的带边形貌特点。对晶格缺陷在氧化生长过程中作用的研究发现: 空位、位错带等缺陷促进氧化过程的进行; 孪晶的大角晶界可抑制晶界的旋转或者迁移, 有利于提高镁合金的耐腐蚀性。
镁合金 微氧条件 氧化机制 原位观测 镁纳米孔 原子吸附过程 孪晶 各向异性生长 magnesium alloy trace oxygen condition oxidation mechanism in situ observation magnesium nanopore adatom process twinning anisotropic growth
1 1.中国建筑材料科学研究总院有限公司 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
2 2.中国建材检验认证集团股份有限公司, 北京 100024
预制长度可控的裂纹以及原位观察裂纹扩展是研究陶瓷薄基板抗断裂行为的两大重点。本研究提出应变诱导法, 通过将基板与黄铜梁粘结形成复合体, 利用黄铜梁弯曲变形带动侧面陶瓷薄板受拉侧拉伸变形产生可控裂纹。在工具显微镜下对复合体进行四点弯曲, 原位观察样品的裂纹扩展情况, 通过调节黄铜梁宽度来控制初始裂纹长度, 在初始裂纹萌发后继续加载, 使裂纹达到测试断裂韧性的标准长度。将这种测试方法与块体材料断裂韧性的测试标准进行了对比, 结果表明: 采用该方法预制裂纹后测试断裂韧性具有简易性和可靠性。应变诱导法预制裂纹成功率高, 裂纹萌发位置及长度可控, 且操作方便, 可推广应用于超薄玻璃等其他超薄脆性材料的断裂韧性评价和分析裂纹扩展阻力。
陶瓷薄基板 预制裂纹 原位观察 断裂韧性 ceramic thin plates pre-crack in situ observation fracture toughness 红外与激光工程
2021, 50(6): 20211039
1 上海大学 机电工程及其自动化学院， 上海 200072
2 国家海洋局第二海洋研究所， 浙江 杭州 310112
3 杭州电子科技大学 海洋工程研究中心， 浙江 杭州 310018
为了解决目前深海生物探索中存在的“有观无测”问题,提出并研发了基于立体视觉的深海生物原位观测系统。深入研究了水下三维视觉的关键技术,解决了水下视觉系统标定问题。针对游动生物扭曲段高精度测量,提出了一种基于Ramer算法的鱼类轮廓分段测量算法。结合特征匹配算法及极线约束条件完成匹配工作。基于所研制的搭载三维视觉系统的深海水下作业平台开展了试验，结果表明，在1.5m的工作距离条件下,水下测量精度为1.0mm。
深海生物 原位测量 水下双目视觉 水下相机模型 轮廓分段测量 deep sea creatures in-situ observation underwater binocular vision underwater camera models contour segmentation measurements
1 厦门大学材料学院材料科学与工程系, 福建 厦门 361005
2 福建省特种先进材料重点实验室, 厦门大学, 福建 厦门 361005
3 高性能陶瓷纤维教育部重点实验室, 厦门大学, 福建 厦门 361005
铁电陶瓷材料在外场加载下的畴变所引起的材料结构变化, 是导致材料性能衰变和破坏的主要原因, Raman光谱技术是一种研究铁电材料畴变和微结构变化的无损伤性及原位微区的观测方法。 采用传统固相法合成Zr/Ti原子比为53/478的掺镧锆钛酸铅(PLZT)铁电陶瓷材料 , 采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜及Precision_LC铁电测试系统分别对试样进行结构形貌表征和铁电物理性能测试, 利用自制的应力加载装置与Raman光谱仪联用, 实现不同压应力场作用下试样的原位Raman谱测试, 考察和分析Raman谱软模E(2TO)和E(3TO+2LO)+B1的峰强和峰位随散射偏振方向的变化规律。 结果表明, 不同压应力场下Raman软模E(2TO)和E(3TO+2LO)+B1的峰强均随散射偏振角度呈现正弦式的变化规律, 在60°偏振角度上软模峰强最大, 在150°偏振角度上软模峰强最小。 随着压应力场的增加, 在0°和60°偏振角度获得的软模峰强随应力场的增加呈现明显的下降趋势, 而在90°和150°偏振角度获得的软模峰强基本不变。 压应力场变化对PLZT陶瓷的Raman软模E(2TO)和E(3TO+2LO)+B1的峰位均不产生影响。
铁电陶瓷 压应力场 原位观测 偏振角度 Raman软模 Ferroelectric ceramics Compressive stresses In-situ observation Polarization degrees Raman soft modes 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2073
厦门大学材料学院, 材料科学与工程系, 福建省特种先进材料重点实验室, 厦门 361005
基于铁电陶瓷材料90°畴变导致Raman光谱变化的原理, 自行设计并搭建了铁电材料原位测试分析和数据采集系统, 通过与Raman光谱仪的联用, 利用特制的样品旋转装置, 从实验上证实在外加电场作用下铁电材料中的90°畴变使平均电畴的择优取向发生改变, 从而导致Raman光谱强度的变化, 利用铁电材料原位测试分析和数据采集系统, 实现了外电场作用下或电疲劳作用下同时进行铁电陶瓷材料畴变的原位Raman观测及原位电滞回线的测试。结果表明原位Raman光谱技术可应用于铁电材料的电致畴变和电疲劳研究。
Raman光谱技术 原位观测 铁电陶瓷 畴变 Raman spectroscopy in-situ observation ferroelectric ceramics domain switching
1 清华大学机械工程系， 北京 100084
2 广岛大学机械系统工程系， 日本 739-8527
激光焊接过程中较快的冷却速度可能会加剧凝固热裂纹的发生。目前对于激光焊接过程中凝固热裂纹敏感性的系统研究还较少，如何准确测量焊接凝固热裂纹发生的临界应变和温度是获得热裂纹敏感性数据的关键。利用基于高速高倍在线摄像的U型热裂纹实验，捕捉到激光焊接过程中凝固热裂纹发生的瞬间，并通过跟踪测量热裂纹尖端附近两点的位移变化获得凝固热裂纹发生的临界应变；同时，在焊接过程中采用在线观察热电偶投入法对焊接熔池后端的温度变化进行了测量。通过改变U型热裂纹实验的拉伸载荷，获得不同温度下热裂纹发生时的临界应变，从而构建表征凝固热裂纹敏感性的韧性曲线。
激光技术 焊接 凝固热裂纹 在线观察 U型热裂纹实验
