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复合材料与工程

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讲师

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教师自拟课题

课题性质

论文

课题名称

压应力对CuZr基金属玻璃复合材料中马氏体晶相的影响

本设计的科学依据

（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等）

1.1 科学意义和应用前景

CuZr马氏体相对增强CuZr基金属玻璃的塑性具有重要的科学意义。研究表明，CuZr-B2相（奥氏体相）在外应力下会发生马氏体相变生成B19’相，表现出加工硬化效应和相变诱发塑性，而外应力对CuZr-B19’相综合性能的影响还尚未得知，所以本课题通过研究这一情况可以为CuZr基合金材料的研究提供理论支撑。此外，CuZr基金属玻璃表现出的高强度和高稳定性，使其被广泛应用于航天领域，如导电接头和散热器等。马氏体相变所表现出的相变诱发塑性弥补了其金属脆性，极大提高了CuZr基金属玻璃的综合性能。因此，马氏体相变对CuZr基金属玻璃综合性能的调控具有重要意义。然而，尽管CuZr马氏体相具有广泛的应用前景，但在实际应用中仍面临一些限制条件，如制备工艺的复杂性、成本的高昂以及在某些极端条件下的性能稳定性等。

1.2 国内外研究概况

在国外，CuZr马氏体相的研究起步较早，研究人员主要集中在合金成分设计、相变机制、力学性能优化等方面。国外学者通过调整Cu和Zr的配比，探索了不同成分对CuZr马氏体相结构和性能的影响。关于CuZr马氏体相的相变机制，国外研究团队利用先进的表征技术，如透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等，深入探讨了其原子结构和相变动力学。为了提高CuZr马氏体相的力学性能，国外研究者采用了多种方法，如热处理、合金化、纳米化等。这些方法有助于细化晶粒、优化微观结构，从而提高材料的硬度、强度和韧性。

相较于国外，国内对CuZr马氏体相的研究起步较晚，但发展迅速。

国内学者致力于开发高效、低成本的CuZr马氏体相制备工艺。通过改进熔炼、热处理等工艺参数，实现了对CuZr马氏体相结构和性能的精确控制。国内研究团队积极探索CuZr马氏体相在航空航天、医疗器械、电子封装等领域的应用。通过与其他材料的复合或改性，拓展了CuZr马氏体相的应用范围。在基础理论研究方面，国内研究者致力于揭示CuZr马氏体相的形成机制、相变动力学等基本问题。通过与国外研究团队的合作与交流，不断推动该领域的研究进展。由于国内外学者对压应力对CuZr马氏体相的影响的研究较少，本课题的研究内容将具有重要科学意义。

1.3 目前现状、水平和发展趋势

目前，国内外的研究热点主要集中在提高CuZr马氏体相的制备效率、降低成本以及优化其性能等方面。然而，要实现这些目标，还需要解决一些关键的科学和技术问题，如何精确控制CuZr马氏体相的微观结构、提高其力学性能和耐蚀性等。实验结果表明，外加压应力可以促进马氏体相的转变，调控合金的晶体结构和力学性能。在适当的外加压应力下，CuZr合金的力学性能和稳定性可以得到显著提高。这为优化CuZr基金属玻璃性能、提高其在实际应用中的可靠性提供了有益的实验依据和理论支持。

设计内容和预期成果

（具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式）

本课题研究将围绕外加压应力对CuZr马氏体相的影响开展实验和理论分析，包括不同压应力下马氏体相的稳定性，变形行为以及相关力学性能的变化规律等。通过揭示外加压应力对CuZr马氏体相的影响机制，为优化CuZr基金属玻璃性能提供理论支撑，推动CuZr基金属玻璃在相关领域的应用发展。

拟采取设计方法和技术支持

（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等）

1.1 设计方案＆技术要求

在了解CuZr合金，马氏体，力学性能，第一性原理的相关知识的基础上，依托学校现有技术水平，可以完成外加压应力对CuZr马氏体相的影响的研究，首先利用Materials Studio进行CuZr马氏体结构的建模，然后对其进行结构优化，最后进行力学性能分析及电子性质计算，得出结论。

课题主要需要熟悉Materials Studio的使用及其相关性能分析技术。

1.2 实验方法＆实验步骤

（1）采用Materials Studio进行CuZr马氏体结构的建模，

（2）利用Materials Studio进行结构优化，

（3）基于Materials Studio对此研究进行力学性能分析以及电子性质计算。

1.3 后续问题＆解决途径

构建模型及计算可能出现数据的偏差，及时进行调整，可以咨询老师或者在网上寻找教学视频找到解决方案。

实现本项目预期目标和已具备的条件

（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等）

1.1 预期目标

（1）设计出CuZr马氏体结构的建模的模型并进行结构优化

（2）利用Materials Studio进行力学性能及电子性质计算并得出结论

1.2 具备的条件

理论基础：

复合材料原理，材料研究与测试方法，工程力学，复合材料力学，高分子材料基础，复合材料结构设计基础，物理化学，复合材料成型工艺与设备，高分子材料成型加工原理，文献检索，专业英语等

实践经验：

专业认知实习、专业综合实践，高分子化学实验，物理实验等

现有设备：win10电脑，实验室等

协作条件：在指导老师指导以及资料文献阅读自学相关理论知识下进行设计

各环节拟定阶段性工作进度

(以周为单位)

第11学期：

第2周-第4周：下达任务书，完成外文翻译、文献综述、开题报告、开题答辩

第5周-第11周：设计、中期答辩

第12周-第14周：完善设计，撰写毕业设计论文

第15周-第16周：上交所有资料、答辩

开 题 报 告 审 定 纪 要 及 评 分

时 间

地点

主持人

参

会

教

师

姓 名

职 务（职 称）

评分

姓 名

职 务（职 称）

评分

孙艳荣

教授

高志琪

讲师

李双雯

教授

李晖

讲师

论

证

情

况

摘

要

论证内容

答辩小组评分

论文研究的历史背景、国内外研究现状和发展趋势了解情况

（分值20）

研究的基本内容、主要问题、研究方向是否明确；（分值30）

研究方法及措施是否可行。（分值50）

问：研究的方式是实验还是模拟？

答：利用Materials Studio软件进行建模和分子动力学模拟。

问：CuZr合金作为金属材料，为什么用来做复合材料？

答：CuZr金属玻璃中会生成CuZr-B2晶体相，B2相再应力作用下会发生马氏体相变，这个相变会很大程度上改善金属玻璃的脆性。CuZr金属玻璃是非晶的，和CuZr-B2晶相结合就是复合材料。

记录人：

开题报告及答辩成绩

指

导

教

师

意

见

指导教师签名：                      年   月   日

教

研

室

意

见

系主任签名：                          年   月   日