液态Ti3Al基合金的微观结构研究

Due to the implementation difficulties in experiment as well as the specificity and complexity of liquid matters structure itself, the research progress in the structures of liquid matters have been very slow. Till now, no mature theoretical model has been given in the description of the liquid matters' structure. Titanium alloy has high strength, good corrosion resistance, high heat resistance and is widely used in the field of aircraft engine compressor components, rockets, missiles and high-speed aircraft structural parts, so the mother liquor of liquid titanium alloy 's research exhibits a vitally importance. The project is intended to select the high performance Ti3Al-based alloy as the object of study. Using the high temperature and high pressure conditions on the diamond anvil cell to study the X-ray diffraction and the electrical transmission characteristics, we intend to reveal the microstructure characteristics of liquid Ti3Al-based alloy; In addition, the subject is to be carried out to the simulation study in the microscopic structure of liquid Ti3Al-based alloy, we intend to use ab initio molecular dynamics simulations and a variety of structural analysis tools to simulate the microstructure of liquid Ti3Al-based alloy. Combining the experimental results and theoretical calculations, we try to elaborate the Ti3Al-based alloy microstructure features, providing the data basis for the obtaince of high-performance beta-titanium alloy materials and even new materials.

由于实验操作方面的困难以及液态物质结构本身的特殊性和复杂性，人们对液态物质结构的认识及理论研究进展一直很缓慢，目前，仍然没有成熟的理论模型给予液态物质满意的描述。钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于飞机发动机压气机部件、火箭、导弹和高速飞机的结构件等领域，因此对在钛合金合成过程中起决定性作用的液态钛合金的研究显得至关重要。本项目拟选择性能优异的Ti3Al基合金为研究对象，利用金刚石对顶砧产生高温高压条件，研究液态Ti3Al基合金在不同条件下的X-射线衍射数据,结合电传输特性数据，以求揭示其微观结构特性；此外，本课题还拟开展液态钛合金体系微观结构的模拟计算研究，我们拟采用从头计算分子动力学模拟以及各种结构分析手段，对液态钛合金的微观结构进行模拟，将实验结果和理论计算数据相结合，试图阐述Ti3Al基合金微观结构特性，为截获高性能Ti3Al基合金材料甚至新型材料提供数据依据。

本课题原计划拟将金刚石对顶砧原位电学测量实验、薄膜制备和理论计算相结合，研究分析液态合金的微观结构，在执行过程中发现合金样品在装样以及激光加温过程中存在目前无法解决的难点，于是在2014、2015的年度报告中调整了部分研究内容。实验方面主要进行了复合薄膜的制备和物性研究、半导体材料的高压电学性质研究，液态合金的微观结构主要从理论方面做了分析。相关研究内容和成果简述如下：.1、复合薄膜的光电特性研究.（1）在室温条件下，采用射频磁控溅射法在玻璃基底上制备出了一系列高质量的AZO薄膜和不同Ag缓冲层厚度的AZO/Ag/AZO复合薄膜,分析了其光学和电学特性。.（2）利用脉冲激光沉积手段在玻璃基底上制备出了在可见-近红外范围具有优异透过性的AZO/Zr50Cu50/AZO三层透明导电薄膜。研究了不同Zr50Cu50厚度时，AZO/Zr50Cu50/AZO复合薄膜的电学性能和光学性能。.（3）利用磁控溅射方法，在玻璃衬底上制备了Zn掺杂二氧化钒薄膜，分析了其光电特性的变化。.2、课题采用第一性原理分子动力学方法模拟研究了在不同条件下模拟了 Ti3Al 基合金快速凝固的过程，采用双体分布函数、原子团类型指数法(CTIM)以及遗传跟踪法等微观结构表征方法，理论分析了其微观结构的演变特征，得出部分结论，但是没有形成完整的数据体系，还需要后续跟踪研究。.3、功能薄膜材料的相变研究.（1）在利用分子束外延方法在Si（111）衬底上制备出了锰掺杂3C-SiC薄膜，.结合理论模拟可以得出新的合金相Mn4Si7Cx的出现导致了样品高居里温度的表现。.（2）系统研究了不同衬底对VO2薄膜的生长机制以及其相变的影响。.4、半导体材料的高压电学特性研究.利用集成在金刚石对顶砧上的测量微电路研究了CdSe粉末在高压条件下的交流阻抗谱，发现了CdSe在高压条件下的结构相变和电子相变。