微觀機械構(gòu)件的服役性能與制備工藝關(guān)系的研究

針對微機械構(gòu)件的服役性能與制備工藝關(guān)系，利用體硅工藝研究制作了懸臂梁陣列，完善了加工工藝；并重點研究了利用光纖耦合機理來測量懸臂梁橫向固有振動頻率的方法，較好地解決了“施加微小載荷”和“檢測微小位移”兩方面的問題；采用靜態(tài)壓入檢測的方法，設(shè)計了微結(jié)構(gòu)專用的微機械性能測試儀，能夠檢測微結(jié)構(gòu)材料硬度、彈性模量、硬化指數(shù)、斷裂韌性及疲勞極限等多項指標；發(fā)明了研究微結(jié)構(gòu)沖擊載荷作用的微沖擊實驗臺，研究了相應(yīng)的動態(tài)測試技術(shù)，并對微機械制造中常用的幾種材料進行了微沖擊實驗。在整個研究過程中還完善了微機械加工的工藝參數(shù)，制作了微壓力傳感器、微懸臂梁陣列、微溫度傳感器等具有市場價值和工藝代表性的微功能器件。 2100433B

混凝土的耐久性受三大因素制約：一是材性；二是孔結(jié)構(gòu)（毛細孔通道）；三是腐蝕介質(zhì)?，F(xiàn)行測試混凝土耐久性的方法是以純材料形式進行的，其測試時的材性因素和腐蝕介質(zhì)因素可以與實際一致，但孔結(jié)構(gòu)嚴重不符，因為服役混凝土在結(jié)構(gòu)中是要承受荷載的，承受荷載后的孔結(jié)構(gòu)是會發(fā)生很大變化的。故用純材料形式測出來的混凝土耐久性可能與實際服役混凝土的相去甚遠。要解決服役混凝土耐久性測試問題，首先必須解決如何在實驗室里模擬服役混凝土受載，使得混凝土測試試件的孔結(jié)構(gòu)與服役混凝土的相當，并能簡單方便地進行后續(xù)耐久性能測試的問題。本項目擬對測試試件的加載方式及加載制度作詳細地研究，得出服役混凝土耐久性測試方法。在此基礎(chǔ)上，還擬對孔結(jié)構(gòu)、應(yīng)力水平與耐久性之間的關(guān)系作進一步的研究，探明服役混凝土耐久性的規(guī)律，為今后能較準確地設(shè)計和預估混凝土結(jié)構(gòu)壽命奠定堅實基礎(chǔ)。

摘要 服役混凝土在結(jié)構(gòu)中是要承受荷載(自重加有效荷載)的，而現(xiàn)行測試和評估混凝土耐久性的方法，卻是以純材料形式進行的，忽略掉了荷載這個重要影響因素，從而導致混凝土在實際應(yīng)用中常常出現(xiàn)兩大困惑：一是服役混凝土的耐久性總是沒有事先預期的好；二是高強混凝土的耐久性不總是比中低強混凝土的好。 要較準確測試服役混凝土的耐久性并解答這兩大困惑的關(guān)鍵是如何在實驗室對試件進行模擬加載。本課題設(shè)計了一種新穎的加載方式：先在機器上給試件施加一個給定的荷載（應(yīng)力），然后卸載，用卸載后的試件再來做耐久性的測試，即一種先加載、后卸載、再測試，加載與測試分開進行的加載方式。該加載方式經(jīng)應(yīng)力-應(yīng)變試驗檢驗，精度足夠高，基本可行。與現(xiàn)有的荷載與試件“捆綁”式的加載方式相比，該加載方式簡單、方便、實用，易推廣應(yīng)用。通過引入該加載方式進行的系列混凝土耐久性試驗表明：（1）低中高強服役混凝土的耐久性指標均不同程度地低于其純材料混凝土的；（2）低中高強混凝土在服役狀態(tài)（50%的應(yīng)力水平）下的耐久性指標相差不大；（3）純材料混凝土遵循強度越高耐久性越好的規(guī)律。 本課題的研究成果，對促進混凝土耐久性理論的進一步發(fā)展，對推動現(xiàn)行混凝土耐久性的測試方法進行改進或修正，對今后能較準確地設(shè)計出混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性奠定了良好的基礎(chǔ)。 2100433B

本項目選用與鐵基體潤濕性良好的TiC為增強相，采用粉末冶金法制備了均質(zhì)及梯度TiC/Fe復合材料，采用模板浸漬-熔融浸滲法制備了雙連續(xù)TiC/Fe以及雙連續(xù)梯度TiC/Fe復合材料，研究了材料組分、復合形式、工藝參數(shù)等對TiC/Fe復合材料結(jié)構(gòu)及性能的影響，取得以下主要成果： (1) 成功制備了均質(zhì)、梯度結(jié)構(gòu)、雙連續(xù)結(jié)構(gòu)以及雙連續(xù)梯度結(jié)構(gòu)TiC/Fe復合材料。 (2) 無壓燒結(jié)制備的均質(zhì)TiC/Fe復合材料中，15vol%TiC/Fe的致密度最高，達97.8%；20vol%TiC/Fe的硬度最高，達270HV?；w中添加羰基鐵粉有助于降低燒結(jié)溫度并促進致密化，添加少量硬脂酸鋅可提高TiC/Fe復合材料的性能。 (3) 采用無壓燒結(jié)工藝成功制備出TiC體積含量分別為5、10、15、20的TiC/Fe梯度復合材料，各梯度層間界面結(jié)合良好。 (4) 以聚氨酯海綿為模板制備了TiC多孔陶瓷增強體，在TiC原料中加入Ti粉可反應(yīng)生成非化學計量比的TiCX顆粒，有利于提高增強體與鐵基體的潤濕性，加入少量Mo和Fe粉則可明顯改善增強體的力學性能。 (5) 通過無壓浸滲工藝制備了雙連續(xù)TiC/Fe復合材料，TiC多孔增強體的成分對雙連續(xù)TiC/Fe復合材料的性能影響顯著，在增強體中添加少量Fe粉制備的雙連續(xù)TiC/Fe復合材料的致密度最高，達99.8%，而添加少量Mo制備的雙連續(xù)TiC/Fe復合材料的拉伸強度最大，為343 MPa，比相同增強相含量的無壓燒結(jié)顆粒增強型復合材料提高了66.5%。 (6) 采用不同孔徑的有機模板粘接法制備出梯度TiC多孔增強體，通過重復浸漬和燒結(jié)可有效提高增強體的性能，其抗壓強度最高可達4.1MPa，在此基礎(chǔ)上采用無壓浸滲工藝制備出雙連續(xù)梯度TiC/Fe復合材料。 (7) 摩擦磨損試驗中，TiC/Fe復合材料的摩擦系數(shù)和磨損量隨基體成分、TiC含量以及試驗條件而改變，其中均質(zhì)TiC/Fe復合材料的摩擦系數(shù)隨TiC體積分數(shù)的增加而提高，雙連續(xù)TiC/Fe復合材料的摩擦系數(shù)隨增強相孔徑尺寸的增加而增大，隨著法向壓強的變化不顯著。雙連續(xù)TiC/Fe復合材料耐磨性能顯著優(yōu)于顆粒增強型復合材料，0.5MPa壓強下，增強相含量為4vol%的雙連續(xù)TiC/Fe 復合材料的磨損率比相同含量的熱壓燒結(jié)顆粒型復合材料低43.9%，而比無壓燒結(jié)顆粒型復合材料低1.95倍。