新型金属-陶瓷复合材料的微观结构和非线性性质研究

新型金属—陶瓷复合材料微观结构和非线性性质问题是金属—陶瓷复合新技术（包括梯度复合、纳米复合等）中的重要应用基础问题之一，是新型复合材料设计理论中的重要问题之一。本项目重点研究了新型金属—陶瓷复合材料的微观结构和非线性性质问题及其微观—宏观统一优化设计方法。首先根据新型金属—陶瓷复合材料的微观结构和非线性性质的特征，分别用微观力学和随机模型有限元方法建立了微观结构和非线性性质关系的微观结构理论模型。在微观结构模型研究的基础上，将其与宏观非线性有限元分析相结合，建立了新型金属—陶瓷复合材料从微观到宏观统一优化设计的理论和方法。本研究对设计和合成高性能新型金属—陶瓷复合材料奠定了理论基础。

玻璃化转变是凝聚态物理领域的重要课题。本项目将以胶体为模型体系，采用现代显微技术，通过软物质物理实验来研究玻璃化转变的微观结构－动力学性质关系。研究的主体思想是：（1）设计制备新型软球胶体模型体系，突破传统硬球模型过于简化而不能准确描述真实原子体系的限制；（2）配合摄像显微数据采集技术和粒子跟踪数据处理程序，来量化玻璃中胶体粒子的微观位置及其随时间的变化，从而直观和精确地研究玻璃化转变过程中体系的微观结构演变、动力学变化、协同重组区和粒子串（簇）的形成和动力学不均一性等重要物理量；（3）通过物理化学手段调控胶体粒子的软硬度，得到软硬度对玻璃物理性质的影响，并探索国际前沿模拟工作中发现的软球团蔟玻璃和软球玻璃反复融化等独特的玻璃态物理现象。本研究结果不但可以与现有理论模型和计算机模拟结果进行定量比较，加深对玻璃化转变本质的理解，而且有望为调控胶体粒子的软硬度来设计玻璃材料提供指导。

本项目以全新结构的碱金属碱土金属硼酸盐为研究对象，以宏观性质与微观结构之间的关系为主线，从结构分析角度，深入研究荧光粉的晶体结构与发光性质之间的关系，探索新的光转换荧光体。利用X射线衍射研究碱金属碱土金属硼酸盐体系三元系固相线下相关系，从中发现具有BO4功能基元以及多种碱土金属离子格位的新化合物，并对其结构和物性进行研究。利用晶体中碱土金属的不同晶体学位置所处的晶场不同，通过多样化离子掺杂调控发光波长，寻找新的廉价高效的三基色发光材料。主要针对目前光转换型白光LED色温偏高而寻找合适的红色荧光粉，以实现暖白光照明。并探索单一基质白光发射荧光体以及在同一基质上通过不同离子掺杂而实现三基色发光的材料。通过对样品掺杂后结构变化的研究，揭示晶场环境对离子发光的影响，以及基质结构与浓度猝灭行为的关系。

采用Al−10%Mg 合金还原制备的高钛铁合金氧存在的区域明显减少，尤其是钛基体b 区和钛铁共溶体c区，其中已无氧明显存在。这说明采用Al−10%Mg 做还原剂具有更强的还原能力，此条件下金渣分离效果也更显著，合金微观结构更均匀致密。定氧分析表明，Al 还原制备的高钛铁中氧含量高达12。20%，Al−10%Mg 还原制备高钛铁中氧含量仅为3。87%，可见TiO2 还原程度得到极大的加强。以上结论与热力学分析结果一致。

合金中各元素分布并不均匀，特别是Fe 元素只在部分区域内分布，说明熔池内渣金流动性不好；铝元素含量高的区域，氧元素含量也很高，主要以Al2O3 夹杂物存在的，与XRD 和SEM 电镜分析结果一致。铁元素存在的区域钛的含量也很高，可推测铁基本以钛铁合金的形式存在；硅元素含量高的地方，钛元素的含量高，而氧元素等含量也较低，推测硅可能是以硅钛合金形式存在的 。