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新显微技术可实时观测材料微观结构变化

来源:2019-07-10 09:21

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  美国北卡罗莱纳州立大学研究人员开发出一种新显微技术,能实时跟踪1000℃高温和2吉帕斯卡应力下金属或其他材料微观结构的变化情况。这一技术将有助于推动材料蠕变研究,促进用于极端环境的高性能材料研发。

  任何固体材料在应力影响下,随着时间推移都会出现缓慢但永久性的微小形变,这种现象被称为蠕变。当材料长时间处于加热状态或高负载情况下,蠕变会变得更剧烈。对于新型高性能材料,尤其用于极端环境中的高性能材料研发来说,蠕变研究至关重要。

  在新研究中,北卡罗莱纳州立大学机械与航空航天工程教授艾福萨那·拉比率领研究团队,在美国能源部和英国研究创新机构的支持下,开发出原位扫描电镜(SEM)加热加载装置,可以实时观测材料在高至1000℃的温度和2吉帕斯卡的应力下所发生的微观结构变化,如材料裂缝的形成和生长过程、材料失效过程中微结构变形的情况等,这对于了解材料在不同负载和温度条件下的特性及其行为非常有价值。

  研究团队利用该装置对709合金样品在750℃下的“蠕变—疲劳”情况进行了测试,并在最新一期《材料科学与工程:A》杂志上发表论文介绍了相关测试结果。709合金耐高温,耐腐蚀,是一种极具应用潜力的合金材料,可用于制造核电站的结构部件。

  拉比指出,如果没有新技术,要跟踪709合金在“蠕变—疲劳”测试过程中微观结构的演变并模拟其在核反应堆使用多年后的情况是不可能的。在提供卓越的观测能力的同时,新技术还大大节省了评估材料性能所需的时间和材料数量,这对于新材料,尤其是被设计用于极端环境的高性能材料研发来说是一个重大进步。(记者刘海英)

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