微波場與溫度場耦合作用下材料微結構演化的有限元模擬.pdf

1、微波燒結由于具有快速高效、有效改善材料微觀結構和宏觀性能等諸多優(yōu)點而被廣泛應用于材料制備過程。然而由于多場耦合以及材料微觀組織演化的復雜性，微波場改善材料微觀結構，加快材料制備過程的機理還并不完全清楚。本文對微波場和溫度場耦合作用下的微結構演化進行模擬，并與SR-CT技術原位觀測實驗結果進行對比分析，對于研究微波與物質的相互作用機理、調控和優(yōu)化材料制備過程具有重要意義。
　　 本文基于物質在熱動力學作用下的傳輸機制和微觀結構演化

2、特征及理論模型，分析了微波電磁場附加驅動力對微結構演化的促進作用，在此基礎上，對現(xiàn)有的有限元算法進行改進，實現(xiàn)了微波場與溫度場耦合下的微結構演化有限元模擬。并用改進后的算法針對不同的材料在不同耦合場下的演化情況進行模擬。最后用同步輻射原位觀測實驗結果，對模型進行驗證，同時通過模擬過程和結果分析實驗當中的微結構演化現(xiàn)象，研究不同材料與微波相互作用的微觀機理。主要研究工作總結如下:
　　 1、改進了有限元算法，實現(xiàn)了微波場與溫度場耦

3、合作用下的材料微結構演化有限元模擬。從微波場與溫度場對物質擴散激活能以及擴散系數(shù)影響的角度出發(fā)，對現(xiàn)有有限元模型進行改進，實現(xiàn)了單一機制表面擴散作用下以及表面擴散、晶界擴散、晶界遷移機制綜合作用下的微結構演化模擬。模擬結果顯示微波場的存在促進了微結構演化過程，且不同方向的電場對微結構演化的促進程度不同。
　　 2、模擬了陶瓷和金屬在不同耦合場下的微結構演化。分析不同物質如陶瓷和金屬在微波外場作用下的電磁場與溫度分布，針對SiC和

4、Al雙球模型模擬其在耦合場下的微結構演化情況，討論在不同耦合場下各自的燒結頸生長、中心距收縮等的演化規(guī)律。
　　 3、結合陶瓷和金屬的微波燒結SR-CT實驗結果，用模擬過程和結果分析陶瓷和金屬的微結構演化差異以及各自與微波作用的微觀機理。得出結論:陶瓷材料與微波的耦合加熱機制為整體介質損耗加熱，在顆粒間的接觸區(qū)域會產(chǎn)生電場的微區(qū)聚焦效應，促使靠近頸部表面和界面的微結構演化。金屬材料其耦合機制為渦流損耗加熱，表面的感應電場和較高的