为了提高TC4合金部件表面的耐磨耐腐蚀性, 采用数字化分析测试、金相显微形貌分析等方法, 研究分析了TC4钛合金表面激光熔覆制备Fe35A涂层的显微组织和综合性能。结果表明, 在激光功率为2.3kW、扫描速率为9mm/s、送粉速率为10g/min的最佳经验工艺参数下, TC4表层制备Fe基合金沉积层的宏观形貌最佳, 金相组织较好, 晶粒细化且均匀分布, 基体与沉积层熔合度高; 沉积层表面洛氏硬度高达40.2HRC, 显微硬度平均高达645.5HV, 沉积层整体力学性能明显高于基体组织。该研究为TC4钛合金表面的高质量修复和再利用提供了实践参考。

0-3型钛酸锶钡(BST)与聚四氟乙烯(PTFE)复合材料是一种新型的陶瓷/高聚物功能复合材料, 可以兼具BST材料与PTFE材料的优点, 可表现出较高的介电常数和介电可调性。但是受聚合物相介电常数低的限制, 常规方法(流延法)制备的以聚合物为基体, 以陶瓷为填充相的复合材料的介电常数基本在100以下。为了进一步提高BST/PTFE复合材料的介电性能, 本研究采用一种新型烧结工艺--冷烧结工艺实现BST陶瓷与PTFE高聚物的共烧。在试验中以BST为基体, 引入体积比例为5%的PTFE, 并引入固相八水合氢氧化钡(Ba(OH)2·8H2O)作为过渡液相以辅助烧结过程进行, 制备0-3型BST/PTFE复合材料, 并探究了不同冷烧结条件下复合材料的介电性能。结果表明, 复合材料样品在冷烧结温度为275 ℃,压力为200 MPa,时间为2.5 h的条件下, 介电常数可达到500以上(25 ℃,1 kHz)。相对于常规制备工艺, 冷烧结工艺制备出的复合材料的介电常数有很大改进, 这对陶瓷/高聚物功能复合材料的低温制备与研究有一定参考意义。

通过对激光作用薄膜元件后的损伤过程和图像损伤特征进行分析与研究,借助光学薄膜损伤表面三维微观形貌的重构,揭示薄膜元件损伤机理。基于白光干涉显微原理,采集薄膜损伤表面的干涉显微三维云数据,运用Delaunay三角剖分法构建损伤表面的三角网格模型,通过可视化仿真,实现了损伤表面三维微观形貌的再现。结果表明:实验测试的HfO2薄膜表面损伤区域呈坑状凹陷,损伤形貌不规则,内部有鼓包、裂纹存在,边缘处陡度变化大、毛刺较多;对重构图像、VEECO Vision软件处理结果、Taylor-Hobson非接触式轮廓仪测试结果进行对比后发现,重构图像能更直观、全方位地再现损伤表面细微形貌。研究结果给分析损伤表面形貌特征、调控高损伤阈值薄膜制备工艺提供了技术支持。

以Mg(OH)2、NH4H2PO4、ZrCl2O·8H2O为原料, 在不同的热处理温度(800 ℃、900 ℃、1 000 ℃、1 100 ℃)下应用固相反应法合成磷酸镁锆(MgZr4,PO4)6(MZP)粉体, 研究了其热重-示差扫描热(TG/DSC)图谱、物相组成、微观形貌和高温电性能。结果表明, 900 ℃处理下可以合成纯相MZP粉体, 且粉体能稳定存在。随着热处理温度的升高, 出现了Zr2O(PO4)2第二相产物, 其物量随着热处理温度的升高而增多。合成的MZP粉末具有2~5 μm大小不等的颗粒状, 表面粗糙, 并有更小颗粒聚集及呈不规则立方体状, 还有极少量的形状为棒状, 表面光滑, 尺寸大小为2 μm的两种形态。随着温度的升高, MZP由于镁离子通道扩散能力的增加, 试样的电导率提高了3个数量级。

水导激光加工是一项利用水光纤将激光引导到材料加工表面的新颖加工技术，具有几乎无微裂纹、热影响区小、无污染、重熔层少、加工精度高和光束平行等优点。为研究不同水导激光加工工艺参数对微观形貌的影响，探索水导激光与物质的相互作用机理。本文采用自主研发的水导激光加工系统对316L不锈钢薄片试件进行切槽和打孔实验；使用Zeiss Vert.A1金相显微镜观察加工试件的二维形貌；使用Leica DVM6超景深显微镜和Bruke Contour Elite I白光干涉仪观察试件的三维微观形貌。实验结果表明：无论是对试件进行切槽还是打孔实验，均会在加工区域产生一定宽度的沉积层，且沉积层的大小不随加工时间和加工次数变化，其宽度约为13.5 μm；通过观察试件加工区域的二维形貌，发现打孔试件的dr和切槽试件的wl也不随加工试件和加工次数变化；通过观察切槽试件加工区域的三维形貌，其截面呈倒梯形。

为了解决铝材表面激光处理无法形成高色差、高对比度的黑色图形问题,以阳极氧化5052铝合金为研究对象,选用脉冲宽度为4 ns的光纤激光器,设定扫描速度为130 mm/s,频率为300 kHz,扫描间距为0.005 mm,设定功率为27%P₀~33%P₀(P₀为激光器的额定功率),以得到高色差、高对比度的黑色图形,研究激光功率对图形对比度及微观形貌的影响,分析阳极氧化铝表面激光处理形成图形的机理。结果表明:当激光功率超过1.64 W时,激光能量达到铝材熔化阈值,材料表面开始形成图形,随着功率的增大,对比度逐渐上升;当激光功率增大到2.13~2.76 W时,铝材表面熔化与蒸发形成细裂纹的微观形貌,宏观显示为黑色,对比度达到最大;激光功率增大至3.32 W后,铝材表面完全熔化,细裂纹形貌消失,宏观显示为灰白色,对比度下降。该技术有助于激光与铝材作用机理的进一步研究,对推动物联网技术的发展具有重要意义。

采用激光选区熔化（SLM）技术成型CoCrMo合金标准样件，并将SLM成型的CoCrMo合金和铸造CoCrMo合金分别与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）样件配副进行摩擦磨损实验。实验结果表明，在干摩擦、生理盐水、人工唾液和小牛血清4种润滑条件下，SLM成型的CoCrMo合金摩擦系数均小于铸造CoCrMo合金。另外，不同润滑条件下，SLM成型的CoCrMo/UHMWPE和铸造CoCrMo/UHMWPE的磨损机理不同。

基于两步氧化插层先驱体法制备了不同膨胀体积的膨胀石墨，分析了先驱体、膨胀石墨的微观结构和微观形貌；利用静态测试系统测试了膨胀石墨对1.064 μm激光的消光行为，据此计算了其对1.064 μm激光的质量消光系数，得到了该系数与膨胀体积的依赖关系，并从消光机理进行了原因分析。结果表明：通过控制和优化先驱体合成条件，可以制得膨胀体积高达600 mL·g-1的膨胀石墨；两步插层导致先驱体的层间距(d002)明显大于天然石墨，当其d002从0.359 0 nm 增至0.371 1 nm时，所得膨胀石墨的膨胀体积从267 mL·g-1增至600 mL·g-1；膨胀石墨平均质量消光系数与膨胀体积呈近似线性关系，当膨胀体积由233 mL·g-1增至600 mL·g-1时，该系数从0.20 m2·g-1升至0.48 m2·g-1；膨胀石墨对1.064 μm激光呈非选择性散射，膨胀体积大，导致几何面积大，对1.064 μm激光的散射能力增强；同时，膨胀石墨中出现了更深的孔隙或孔腔，可作为等效黑体增强对入射激光的吸收.

利用高温固相法制备了无机质子导体BaZrO3。研究了助熔剂的添加对材料的合成温度及微观形貌的影响。通过添加LiF及Li2CO3为助熔剂, 可以在1500 ℃, 保温8 h合成很好的单相样品。且LiF为助熔剂制备样品的结晶性明显高于Li2CO3为助熔剂制备的样品。XRD精修表明所合成的样品为很好的单相样品。能带计算分析样品的带隙为3.236 eV。通过加入LiF及Li2CO3为助熔剂, 明显改善了样品的微观形貌, 其中LiF为助熔剂样品的颗粒尺寸较小、团聚少, 分散性好。当LiF及Li2CO3添加量为8%时, 晶界处有小颗粒析出, 这种小颗粒为提高材料的质子导电性提供了潜在的可能性。

采用等离子体气相凝聚技术制备了银纳米团簇颗粒, 开展了实验条件及工艺参数对团簇平均粒径和粒径分布的影响。利用四极质谱分析仪在线测量了银纳米团簇的粒径尺寸与分布, 并与透射电子显微镜(TEM)离线测量值进行比对。研究结果表明: 保持其他参数不变时, 增大结露区长度或溅射电流, 银纳米团簇的平均粒径尺寸将增大; 增加氩气流量, 银团簇粒子平均粒径也相应增大, 但当氩气流量增至60 mL/min以上时, 其平均粒径反而会减小。而氦气的加入会使平均粒径尺寸减小。在各工艺参数中, 溅射电流和氩气流量是影响银纳米团簇平均粒径的主要因素。通过调节工艺条件, 获得了平均粒径尺寸为2, 4和6 nm的银纳米团簇, 四极质谱仪监测的粒径分布与TEM离线表征结果总体一致。