微波對(duì)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(shí)驗(yàn)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(xì)化均勻，從而增強(qiáng)材料的機(jī)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(jī)理，對(duì)進(jìn)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(yuǎn)的意義。本文首先闡明了深入理解微波燒結(jié)合金的機(jī)制、實(shí)現(xiàn)微波制備合金技術(shù)可控的關(guān)鍵途徑是進(jìn)行微波燒結(jié)金屬過程中相關(guān)力學(xué)機(jī)理的研究。為了分析和驗(yàn)證微波燒結(jié)中存在的力學(xué)作用機(jī)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(shí)驗(yàn)，定量分析了燒結(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)（燒結(jié)頸）的演化過程。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論了不同電磁學(xué)性質(zhì)和微觀組織形貌對(duì)微波燒結(jié)金屬的力、熱驅(qū)動(dòng)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(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)各類金屬均出現(xiàn)了迅速又獨(dú)特的微觀組織形貌變化現(xiàn)象，定量統(tǒng)計(jì)不同金屬燒結(jié)頸動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨燒結(jié)實(shí)驗(yàn)的演化曲線，分析了相關(guān)的物質(zhì)擴(kuò)散機(jī)制。
　　實(shí)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(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)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(dòng)力學(xué)參數(shù)隨燒結(jié)時(shí)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(chǎng)中的感應(yīng)渦流對(duì)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(duì)物質(zhì)擴(kuò)散和結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的作用，結(jié)合改進(jìn)的相場(chǎng)數(shù)值模型，對(duì)相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　分析了金屬顆粒在微波電磁場(chǎng)作用下生成感應(yīng)渦電流的機(jī)理和強(qiáng)度，構(gòu)建了渦電流產(chǎn)生力學(xué)作用的模型，并在相場(chǎng)模型中引入吸引力作用模型，分析驗(yàn)證了造成Al和Ti在微波燒結(jié)前段時(shí)期出現(xiàn)燒結(jié)頸動(dòng)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(kuò)散系數(shù)發(fā)生改變，造成Al顆粒間燒結(jié)頸生長(zhǎng)速率減緩、Ti燒結(jié)頸生長(zhǎng)速率提高的現(xiàn)象，將相場(chǎng)模型

5、中的擴(kuò)散熱力學(xué)常量修改為多種擴(kuò)散機(jī)制共同作用的變量，驗(yàn)證了渦流熱效應(yīng)對(duì)物質(zhì)擴(kuò)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(duì)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(dòng)力學(xué)參數(shù)演化曲線，分析了磁疇結(jié)構(gòu)和微波磁場(chǎng)分量產(chǎn)生熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力，加速物質(zhì)擴(kuò)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(qiáng)的多種擴(kuò)散機(jī)制相場(chǎng)模型進(jìn)行分析驗(yàn)證。提出由于微波中磁場(chǎng)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(chǎng)模擬中，對(duì)力學(xué)作用機(jī)理分析進(jìn)行驗(yàn)證。最后在相場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方程中加入晶界作用力的修正項(xiàng)，結(jié)合多種擴(kuò)散機(jī)制耦合的擴(kuò)散動(dòng)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(duì)混合金屬燒結(jié)產(chǎn)生了力、熱效應(yīng)。
　　本文通過實(shí)驗(yàn)觀測(cè)、理論分析、模擬驗(yàn)證三個(gè)方面，研究金屬及合金的微波燒結(jié)機(jī)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(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)演化特征