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新型高炉陶瓷杯材料——塑性相结合刚玉复合砖
北京科技大学材料科学与工程学院与巩义市中原耐火材料有限公司等单位合作采用最新科技自主研制开发的塑性相结合刚玉复合砖是一种最新型的高技术的高炉炉缸用陶瓷杯耐火材料,它是采用金属与非金属结合在一起的复合材料,优于广泛使用的Sialon-Al2O3制品。在原刚玉碳化硅复合砖中添加金属塑性相研制而成,砖中塑性相与陶瓷基质复合,提高了材料的韧性;活泼的金属相在高炉气氛中可以原位生成氮化物、氧氮化物及其复合物,大大提高了耐火材料的强度与抗渣、铁侵蚀性能。金属塑性相结合刚玉复合材料的具体特点如下:1)具有优良的物理及力学性能和很高的抗铁水渗透和冲刷的能力;2)材料具有良好的抗热应力的能力;3)制品具有很高的抗渣、铁及碱的能力,材料的抗铁水侵蚀指数为0%,抗炉渣侵蚀指数为8.44%,抗碱侵蚀评价达"优Ⅱ";4)具有自修复、自生成抗渣铁侵蚀层的材料。具体指标为,体积密度:3.15g/cm3,常温耐压强度: 132MPa,高温抗折强度:17.8MPa(1400℃×30min),抗渣侵指数:8.44%,抗铁侵指数:0%,抗碱侵评价:优(U)。经权威机构查询,该项技术属国内外首创,生产的产品达到国外相似产品的领先水平。该产品荣获河南省科技进步二等奖。
北京科技大学 2021-04-11
梯度纳米结构TWIP钢的晶体塑性有限元分析
强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明,随着金属材料内部晶粒尺寸的降低,在强度获得提升的同时,韧性将大打折扣。目前,广泛采用的高强材料韧化策略有:(1)改变组分,通过引入和调整材料的多种主要元素,同时激活多种塑性变形机制,高熵合金材料就是采用这种思路;(2)改变微结构,在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构,避免由于特征长度突变带来的性能突变,有效克服金属材料强度和韧性的失配问题,这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型(摘自:李毅,梯度结构金属材料研究进展,中国材料进展,2016, 35: 658-665)人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种:梯度晶粒,梯度位错,梯度孪晶,梯度固溶物,梯度相,以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构,可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如,通过表面研磨处理(SMAT)在孪晶诱发塑性(TWIP)钢表面引入大量的塑性变形,使其表面晶粒细化,随着深度的增加,晶粒细化的程度逐渐降低,同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生,因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒,梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%,断裂应变仅从60%下降到52%,具有更高的强韧性匹配能力。目前,关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验,反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作,指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元,并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟,揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系,量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表,论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性,结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述,特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟,作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂,晶粒数目众多,通过采用三维均匀化方法,建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸,初始位错密度和孪晶体积分数,离散地描述材料内部微结构的梯度分布,并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域,采用密度较高的网格,以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型,对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明,在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上,通过引入微结构的梯度分布,无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图,作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平,但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显,产生的应变局域化形成了两个凹陷区,且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加,收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟,作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关,提高表面纳米晶的硬化能力,就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外,作者通过分析不同层位错密度的演化,进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明:强度的提升源于梯度位错结构,梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。
西南交通大学 2021-04-10
苯乙烯类热塑性弹性体基热熔压敏胶
热熔压敏胶是以热塑性聚合物为主的胶粘剂。它兼有热熔和压敏双重特性,在熔融状态下涂布,冷却硬化后对压力敏感,施加轻压便能快速粘接。与其他类型的胶粘剂相比,热熔压敏胶最大的优点是不含溶剂、低公害、涂布速度快、贮存时间长、自动化程度高、制备和使用简单、制品成本低(其价格为溶剂型压敏胶的50%~70%)。故热熔压敏胶广泛应用于包装、医疗卫生、书籍装订、无纺织物、标签、表面保护膜、材料加工、建筑装潢及制鞋等方面。 苯乙烯类三嵌段共聚物SIS、SEBS具有很好的使用性能和加工性能,广泛地应用于热熔压敏胶的制备。尤其是SEBS,因其整个分子骨架是饱和的,以其为主体材料制备的胶粘剂具有优异的耐候性能和良好的耐寒性,因而SEBS在热熔压敏胶中的地位日趋重要。 本项目通过研究SIS、SEBS与各类增粘剂,增塑剂等组分的协同效应对热熔压敏胶性能的影响,解决了压敏胶初粘性与持粘性之间的矛盾,所制备的热熔压敏胶粘剂具有“三高”,即高的粘附性、高的内聚强度和高的软化点。
上海理工大学 2021-04-11
一种水泥基抹面材料塑性收缩开裂测定方法
本发明涉及一种水泥基抹面材料塑性收缩开裂测定方法。先制备 914³610³20mm 的无底木模框,并在其内侧涂覆机油;再将其置于 1000³700³20mm 的已硬化混凝土基 底上或 1000³700³50mm 已用砂浆粘接平铺好的粘土砖基底上;然后按水泥∶砂∶水∶ 防裂纤维=1∶1∶0.5∶0~0.20 质量比量取,搅拌 1-3min 制成水泥基抹面材料后倒入 木模框内,并沿边缘螺旋式向中心进行浇注,注满后立即快速刮平表面,并打开风速为 5m/s 的电风扇和位于抹面材料上方 1.5m 处的 1000W 碘钨灯,光照 4h 和风吹 24h 后,在 20±2℃和相对湿度为 50±10%下测量和计算开裂权重值。本发明在 1~2 天内获得其塑 性失水干燥收缩开裂性能的表征结果。可广泛用于测定工程中水泥净浆、砂浆及其复合 材料的塑性收缩性能,指导防裂施工,具有明显经济和社会价值。
同济大学 2021-04-13
一种电磁力驱动的金属材料塑性成形方法
本发明公开了一种电磁力驱动金属材料塑性成形方法,包括如 下步骤:在金属胚料上下两表面喷涂绝缘涂层后,将其置于下模具上并用压边模压紧,上模具与金属胚料上表面保持一定间隔;在金属胚 料上施加电流,同时在上模具上施加与金属胚料电流方向相反的电流, 或/和在下模具上施加与金属胚料电流方向相同的电流,电流的相互作 用产生向下的电磁力驱动金属胚料发生形变;金属胚料在电磁力驱动 下经自由胀形、贴模等变形阶段后与下模具凹槽的上表面贴合,发生 塑性变形直至成形。本发明还公开了相应的成形装置。本发明利用电 流产生稳定持
华中科技大学 2021-04-14
武汉大学岩石三轴流变试验机采购项目公开招标公告
武汉大学岩石三轴流变试验机采购项目招标项目的潜在投标人应在网上报名获取招标文件,并于2022年06月13日14点00分(北京时间)前递交投标文件。
武汉大学 2022-05-27
岩石损伤测试用声发射测试传感器整体式定位装置
本实用新型公开了一种岩石损伤测试用声发射测试传感器整体式定位装置,包括定位装置框架、声发射测试传感器安装座、将声发射测试传感器固定于安装座内的固定组件和将安装座安装于定位装置框架上的安装机构,所述定位装置框架为整体环形框架;所述安装座为内腔与声发射测试传感器外缘相匹配的筒体结构,筒体壁上设计有传感器接线引出缺口;所述安装机构为可自动轴向调整安装座位置的安装机构,共有四副,位于定位装置框架同一截平面内,两两相向设置,两条安装位置连线相互垂直。本实用新型克服了现有固定装置存在的不能保证传感器端平面中心与圆柱面相切,以及传感器端平面中心轴向与圆柱形试件直径不重合的难题,提高了测试效率、准确性和真实性。
四川大学 2016-10-09
用于岩石损伤测试的可调式声发射测试传感器定位装置
本发明公开了一种用于岩石损伤测试的可调式声发射测试传感器定位装置,包括定位装置框架、安装传感器的安装座、将传感器固定于安装座内的固定组件和将安装座安装于定位装置框架上的安装机构,所述定位装置框架为矩形环状框架,在其四个方向的框架壁面上至少在一对相对的框架壁面上设计有用于安装安装机构的缝槽,且位于不同框架壁面上的缝槽位于矩形环状框架的同一截平面内;所述安装座为内腔与传感器外缘相匹配的筒体结构,筒体壁上设计有传感器接线引出缺口;所述安装机构为可自动轴向调整安装座位置的安装机构,至少为两副,且两两相向设置。本发明既可适用于规整截面试件的测试,也可适用于不规整截面试件的测试。
四川大学 2016-10-11
大板坯连铸机力能参数和力学强度研究技术
为了成功地研制板坯连铸机,首先必须完成铸机力能参数和力学强度研究。力能参数方面的研究主要包括:结晶器振动模态参数动力学研究、拉矫机矫直力及拉坯阻力的研究等;力学强度方面的研究主要包括钢包回转台、中间罐车、振动机构框架、拉矫机机架等重要部件的强度、刚度及动力学研究等。同时,为了考核连铸机实际装备水平,还应对板坯连铸机的力能参数和力学强度进行现场实测,我校在这些方面都进行了深入研究,并取得了丰硕成果。 在消化移植武钢的大型弧型板坯连铸机的工作中,我校承担了板坯连铸机力能参数和力学强度的研究工作,在研究中应用了三维有限元法、最优化设计、模态分析、频谱分析等先进设计分析方法,取得了精确的计算结果。并在大规模系统测试的基础上,运用了系统仿真等现代手段,使我国的铸机分析研究达到新的水平。 武钢连铸机经过三年的研究和制造,于1989年投产一次成功,月产量超过原设计指标,铸坯合格率达到了99.78%,该项目荣获国家科技进步一等奖和冶金部科技进步一等奖
北京科技大学 2021-04-11
关于蛋白质机器动力学的研究
泛素-蛋白酶体体系(Ubiquitin-Proteasome System,简称UPS)是细胞内最重要的蛋白质降解通路,对维持生物体内蛋白质的浓度平衡,以及对调控蛋白、错误折叠或受到损伤的蛋白的快速降解起着至关重要的作用,参与了细胞周期、基因表达调控等多种细胞进程,由UPS失常引发的蛋白质新陈代谢异常与众多人类重大疾病直接相关。2004年,Aaron Ciechanover, Irwin Rose和Avram Hershko三位科学家被授予了诺贝尔化学奖,以表彰他们对该降解通路的发现。UPS中蛋白酶体是细胞中最基本的、最重要的不可或缺的、最为复杂的大型全酶超分子复合机器之一,人源蛋白酶体全酶包含至少33种不同的亚基,总原子质量约为2.5MDa。美国FDA批准的多种治疗癌症的药物分子即以蛋白酶体为直接靶标。近年来,随着冷冻电镜技术的发展和应用,人们对这一大分子机器的结构和功能研究得以不断深入。2016年,毛有东课题组与合作者报道了人源蛋白酶体基态的3.6Å冷冻电镜结构及其他三个亚纳米分辨构象,并首次发现一个亚稳态构象的核心颗粒(Core Particle,简称CP)底物转运通道处于开放状态(见PNAS 2016, 113: 12991-12996)。2018年4月,该课题组又报道了6个ATPγS结合状态下的26S动态结构,包括三个CP开放态对应的亚稳简并态近原子分辨(4~5Å)结构(见Nature Communications 2018, 9: 1360)。尽管这些工作揭示了蛋白酶体的基本架构和内在运动行为,但由于缺乏蛋白酶体与底物之间的相互作用,人们对于蛋白酶体如何实现底物降解的原子水平工作机制仍一无所知。此外,尽管冷冻电镜技术近年来广泛应用于分析具有动态特征的蛋白复合体结构和平衡态构象,但对其中间态结构和非平衡构象分析的分辨率水平往往局限在4~6埃或更低,离真正的全原子水平动力学分析还有相当一段距离。 为了真正实现原子水平的蛋白酶体底物降解动态过程的冷冻电镜三维重建和动力学表征,毛有东课题组攻克了两大技术难题。其一,如何在蛋白酶体完成底物降解之前抓到它的所有可能的中间态构象?课题组发展了一种新颖的核酸置换法,利用ATPγS降低AAA-ATPase激酶水解活性的特点,在底物降解中间过程,通过将ATP快速置换成ATPγS,结合快速冷冻的优势,从而扑捉到蛋白酶体在底物降解过程的中间态。其二,如何在从冷冻电镜数据中分析出更多构象的同时,还把分辨率做到3埃甚至更好?课题组通过多年持续努力,发展了多种基于人工智能和机器学习的冷冻电镜图像聚类的新型算法,并针对蛋白酶体的动力学特征,设计了一套极其有效的整合了多种算法的多构象分类流程。通过这两套技术方案的完美结合,课题组成功解析了人源蛋白酶体在降解底物过程中的七种不同的、但差别甚微的、高分辨原子水平的天然态构象(Native states),完整展示了蛋白酶体从泛素结合到去泛素化,再到底物转运的动态过程。与同期在Science上发表的与底物结合的酵母蛋白酶体的4.2-4.7埃冷冻电镜结构(Science doi: 10.1126/science.aav0725,来自加州伯克利分校和Scripps研究所)相比,该Nature论文不仅总构象数量多一倍,全部构象分辨率还高1-2埃。由于Science论文采用了抑制Rpn11去泛素活性的策略,其非天然态结构中底物并不能真正自由转运,所推测的机理仅限于底物转运这一步,对于其他三大Nature论文所回答重要问题均无法给出答案。这体现了该Nature论文不仅在实验方法的原创性上和数据分析水平和质量上,更在科学发现和问题探究的深度和广度上大幅超越了来自Science的竞争性论文。图一 七个利用冷冻电镜解析的精细原子结构完整揭示了从泛素识别、去泛素化反应、转运启动和持续降解的核心功能动态过程。 作为整个蛋白酶体的动力来源与运转核心,AAA-ATPase激酶分子马达展现出了三种不同的核苷酸水解协作模式,6个ATPase亚基协调工作,交替与底物发生相互作用。在去泛素化过程(EB态)中,处于对立位置的两个ATPase亚基Rpt2与Rpt4水解ATP,而Rpt5与Rpt6则释放ADP,ATPase内的底物转运通道被打开,使得底物可以进入轴心通道;与此同时,去泛素化酶Rpn11亚基与泛素及底物发生相互作用,执行其作为去泛素化酶的功能;在转运起始过程(EC态)中,相邻的两个ATPase亚基Rpt1与Rpt5会同时水解ATP,调控颗粒(Regulatory Particle,简称RP)发生大规模转动并释放泛素;在底物去折叠与转运过程(ED态)中,三个相邻的ATPase亚基会分别同步进行ATP的结合、ADP的释放与ATP的水解,这一过程会单向传递下去,将ATP水解释放的化学能转换为机械能,使得相应的ATPase亚基发生刚体转动,推动底物的去折叠和单向输运,同时CP的转运通道入口打开,底物被送入通道中进行降解。这些研究结果为几十年来对蛋白酶体功能的研究提供了宝贵的第一手原子结构和动力学信息,对于理解生物体内蛋白质的降解过程和一系列负责物质输运的ATPase马达分子的一般工作原理具有极为重要的科学意义。
北京大学 2021-04-11
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