微波對合金的電磁力熱效應(yīng)與微結(jié)構(gòu)力學(xué)演化的Sr-CT在線實驗與分析.pdf

1、利用微波技術(shù)燒結(jié)金屬及合金材料，可使材料的微觀結(jié)構(gòu)更加細化均勻，從而增強材料的機械性能，是制造高性能新型合金的優(yōu)異技術(shù)，研究微波和金屬之間力學(xué)作用產(chǎn)生的機理，對進一步揭示微波燒結(jié)原理、指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)具有及其深遠的意義。本文首先闡明了深入理解微波燒結(jié)合金的機制、實現(xiàn)微波制備合金技術(shù)可控的關(guān)鍵途徑是進行微波燒結(jié)金屬過程中相關(guān)力學(xué)機理的研究。為了分析和驗證微波燒結(jié)中存在的力學(xué)作用機制，展開了具備不同電磁學(xué)性質(zhì)的金屬的微波燒結(jié)同步輻射斷層掃描(S

2、R-CT)在線實驗，定量分析了燒結(jié)動力學(xué)參數(shù)（燒結(jié)頸）的演化過程。結(jié)合實驗結(jié)果，討論了不同電磁學(xué)性質(zhì)和微觀組織形貌對微波燒結(jié)金屬的力、熱驅(qū)動效應(yīng)的作用。本文的研究的主線內(nèi)容如下:
　　1、首次開展了具有不同電磁學(xué)性能的金屬單質(zhì)及其混合物的微波燒結(jié)在線實驗研究，發(fā)現(xiàn)各類金屬均出現(xiàn)了迅速又獨特的微觀組織形貌變化現(xiàn)象，定量統(tǒng)計不同金屬燒結(jié)頸動力學(xué)參數(shù)隨燒結(jié)實驗的演化曲線，分析了相關(guān)的物質(zhì)擴散機制。
　　實現(xiàn)了不同電學(xué)性質(zhì)（低電阻金

3、屬Al、高電阻金屬Ti和Al-Ti混合金屬）以及不同磁學(xué)性質(zhì)（抗磁性金屬Cu、鐵磁性金屬Ni和Cu-Ni混合金屬）金屬及其混合物的微波燒結(jié)的SR-CT在線實驗研究。通過實驗獲得的三維微觀結(jié)構(gòu)演化圖像，發(fā)現(xiàn)了具備不同電磁學(xué)性質(zhì)的金屬在微波燒結(jié)過程中，微觀形貌特征的變化存在諸多不同的現(xiàn)象。定量分析動力學(xué)參數(shù)隨燒結(jié)時間演化的曲線，提出了不同金屬體系的燒結(jié)現(xiàn)象特征。
　　2、揭示了金屬材料在微波電磁場中的感應(yīng)渦流對微觀結(jié)構(gòu)演化產(chǎn)生的影響，

4、研究了渦流的力效應(yīng)和熱效應(yīng)對物質(zhì)擴散和結(jié)構(gòu)運動的作用，結(jié)合改進的相場數(shù)值模型，對相關(guān)機理進行了分析。
　　分析了金屬顆粒在微波電磁場作用下生成感應(yīng)渦電流的機理和強度，構(gòu)建了渦電流產(chǎn)生力學(xué)作用的模型，并在相場模型中引入吸引力作用模型，分析驗證了造成Al和Ti在微波燒結(jié)前段時期出現(xiàn)燒結(jié)頸動力學(xué)參數(shù)不同的原因。發(fā)現(xiàn)渦電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)導(dǎo)致金屬的物質(zhì)擴散系數(shù)發(fā)生改變，造成Al顆粒間燒結(jié)頸生長速率減緩、Ti燒結(jié)頸生長速率提高的現(xiàn)象，將相場模型

5、中的擴散熱力學(xué)常量修改為多種擴散機制共同作用的變量，驗證了渦流熱效應(yīng)對物質(zhì)擴散的影響。
　　3、探索了金屬材料的磁疇結(jié)構(gòu)和混合金屬異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)對微波燒結(jié)產(chǎn)生的力、熱作用。
　　根據(jù)鐵磁性Ni金屬微結(jié)構(gòu)演化現(xiàn)象和微觀動力學(xué)參數(shù)演化曲線，分析了磁疇結(jié)構(gòu)和微波磁場分量產(chǎn)生熱力學(xué)驅(qū)動力，加速物質(zhì)擴散速度，導(dǎo)致鐵磁性金屬的微觀結(jié)構(gòu)演化速度更快，并結(jié)合增強的多種擴散機制相場模型進行分析驗證。提出由于微波中磁場分量的作用，導(dǎo)致具有不同磁性

6、的金屬磁化方向相反，使顆粒間產(chǎn)生排斥力作用，并將排斥力模型引入相場模擬中，對力學(xué)作用機理分析進行驗證。最后在相場動力學(xué)方程中加入晶界作用力的修正項，結(jié)合多種擴散機制耦合的擴散動力學(xué)系數(shù)，分析了由于異質(zhì)界面的存在，和微波產(chǎn)生相互作用，對混合金屬燒結(jié)產(chǎn)生了力、熱效應(yīng)。
　　本文通過實驗觀測、理論分析、模擬驗證三個方面，研究金屬及合金的微波燒結(jié)機制。開展了微波燒結(jié)具有不同電磁學(xué)性質(zhì)的金屬SR-CT在線實驗研究，根據(jù)相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)演化特征