基于双圆柱模型的钛丝烧结机制研究

发布时间：2017-08-30 09:28

  本文关键词：基于双圆柱模型的钛丝烧结机制研究

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【摘要】：烧结机制是制备钛丝烧结多孔钛的核心科学问题,目前相关的烧结机理是以粉末烧结过程为基础建立的,不适用于钛丝烧结过程,严重制约了钛丝烧结多孔钛产品的研发进程,因此研究钛丝烧结机理无疑具有重要的理论意义和应用价值。论文采用理论分析与实验研究相结合的方法研究钛丝之间的烧结机制。研究结果如下:建立了钛丝烧结下的双圆柱模型,以双圆柱模型为基础进行了烧结颈生长过程几何机构分析,得到了烧结颈部位的体积和侧面积。对模型进行热力学分析确定了无相变情况下钛丝烧结颈部能够达到的临界值。在双圆柱模型基础上推导出了钛丝烧结过程五种可能的控制颈部生长的物质迁移机制使用的表达式,包括:粘性流动机制,蒸发-凝聚机制,体积扩散机制,表面扩散机制和晶界扩散机制及相应的颈长生长公式。利用颈部生长公式以及钛丝的性能参数建立了钛丝烧结的理论烧结图,结果表明:随着烧结温度的升高烧结颈部生长的主导物质迁移机制发生变化;在烧结颈形成初期(烧结颈的相对尺寸x颈/a小于0.1),随着烧结温度的升高,烧结物质迁移机制由晶界扩散转变为蒸发-凝聚,最后转变为表面扩散机制。随着烧结颈部的长大,烧结的物质迁移机制也会发生变化。烧结温度在850℃时,当烧结颈的相对尺寸x颈/a约为0.1时,烧结物质迁移机制由表面扩散逐渐转变为蒸发凝聚。当烧结颈的相对尺寸x颈/a达到约0.5时,烧结物质迁移机制又由蒸发凝聚机制转变为晶界扩散机制。烧结温度在950℃左右时,当烧结颈的相对尺寸x颈/a约为0.2时,烧结物质迁移机制机制由表面扩散逐渐转变为蒸发凝聚,当烧结颈的相对尺寸x颈/a达到约0.6时,烧结物质迁移机制又由蒸发凝聚机制转变为体积扩散机制。对比分析了直径为50,100和150μm的钛丝在850,950和1000℃下烧结0.5h,1h和2小时后形成的烧结颈尺寸。利用Arrhenius曲线拟合得到三种直径钛丝在三种温度下烧结的前两个小时里烧结的主导物质迁移机制应为蒸发凝聚机制。与理论烧结图中对应的烧结机制吻合,验证了双圆柱模型下理论烧结图的正确性。
【关键词】：钛丝 双圆柱模型 烧结颈 烧结机制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;R318.08
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-27
• 1.1 课题研究的背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外的研究现状分析10-23
• 1.2.1 对于钛丝烧结的研究10
• 1.2.2 双球模型的理论基础及引申研究10-18
• 1.2.3 烧结过程的计算机模拟18-22
• 1.2.4 烧结模型研究存在的不足22
• 1.2.5 烧结模型的研究方向22-23
• 1.3 钛烧结多孔材料的制备及应用23-25
• 1.3.1 钛烧结多孔材料的制备23-24
• 1.3.2 烧结多孔钛的应用24-25
• 1.4 课题研究内容及进一步的研究发展方向25-27
• 1.4.1 研究内容25
• 1.4.2 课题进一步的研究与发展方向25-27
• 第2章 实验材料及方法27-31
• 2.1 引言27
• 2.2 实验材料的准备27-29
• 2.2.1 实验原料27
• 2.2.2 实验样品的制备27-29
• 2.3 实验方法29-30
• 2.4 实验设备及分析方法30-31
• 2.4.1 实验设备30
• 2.4.2 分析方法30-31
• 第3章 双圆柱模型理论及钛丝烧结物质迁移机制理论研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 双圆柱模型的基本几何关系31-35
• 3.3 烧结颈部生长机制35-42
• 3.3.1 粘性流动机制36
• 3.3.2 体积扩散机制36-37
• 3.3.3 表面扩散机制37
• 3.3.4 蒸发凝聚机制37-38
• 3.3.5 晶界扩散机制38-40
• 3.3.6 钛丝烧结过程中物质迁移机制分析40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 钛丝烧结物质迁移机制实验研究43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 烧结节点组织形貌43-48
• 4.3 确定钛丝烧结的物质迁移机制48-55
• 4.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62

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本文编号：758492