微波电磁场作用下材料微结构演化的相场模拟研究
发布时间：2021-07-08 07:35
微波烧结是一种新型的粉末冶金工艺,其具有快速、高效和显著改善材料微观结构和宏观性能等优势,是快速制备高质量新材料和具有新材料性能的传统材料的重要技术手段。微波烧结是多物理场耦合的复杂作用过程,研究微波与材料间相互作用机理,对进一步揭示微波烧结原理、指导实际生产具有重要意义。本文采用相场法,分别对微波电磁场与材料耦合作用下粉末陶瓷和金属的微结构演化开展了数值模拟研究,并结合SR-CT在线实验进行了验证。本文的研究内容概括如下:1、改进了传统固相烧结相场模型,引入微波非热效应对物质扩散的作用,模拟了粉末陶瓷微波烧结微结构孔隙演化的过程,并基于在线实验验证了模型的可靠性。根据微波烧结的特点,结合陶瓷材料常规烧结过程的烧结机制,探索和发展了以离子电导扩散为主的微波烧结动力学机理,并利用相场动力学理论,将电磁-热-耦合作用引入相场动力学方程,建立了微结构演化的相场模型,并模拟了微波电场作用下离子晶体陶瓷烧结过程中孔隙的演化过程,结果表明在微波电场作用下物质从电场聚焦的区域向其它区域迁移,导致孔隙在演化过程中长轴倾向于向外电场垂直方向变化,孔隙方向发生偏转。2、在传统相场模型的基础上引入金属颗粒间...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．〗传统烧结与微波烧结对比［２】??
间上存在梯度时，化学势Ｕ与扩散流Ｊ具有以下关系［２１１??（１３）??图１．２中空位容易在两个球状颗粒互相接触的颈部区域产生，这主要是由于颈??部区域外边界是凹曲面，具有相对较低的表面自由能，因而是空位源的主要来源之??一。物质通过图１．２所示的扩散方式进行物质传输，随着烧结颈的不断生长，烧结??过程逐渐结束。通常原子会由物质表面曲率较小的区域向表面曲率较大的区域迁移，??而物质表面通常具有不同的曲率半径，因此物质的表面自由能可以用以下公式来描??述【川??Ｊｓ＝－＾＾－ＶＫ??ｋＴ?（１．４）??式中，Ｋ表示物体表面的主曲率，表示物体的表面张力，Ｑ表示原子体积。沿晶??４??
图１．３球形颗粒的烧结模型［２Ｑ）??固相烧结在不同烧结时期具有不同的烧结现象，我们通常依据这些现象将烧结??过程分成前期、中期和后期三个不同时期，如图１．３所示＠１。两球模型是固相烧结??初期研宄的基础，在此模型的基础之上，人们建立了很多固相烧结初期模型。两球??模型对两个球球心之间的距离进行了一定的假设，即两球球心距离的变化量等于烧??结体的收缩变化量。两球模型表明，物质以蒸发凝聚、表面扩散和体积扩散等形式??进行的传质过程不会引起烧结体的收缩。以两球模型为基础，１＾１＾［２４］等人建立了不仅??能够确定动力学方程，还可以确定激活能的陶瓷烧结初期模型。固相烧结中期，由??于烧结致密化是一个十分复杂的过程，因此该阶段烧结现象明显不同与烧结初期，??并且远较之复杂。１９６３年，０）１）１＾２５，２６］等人提出了物质传输的显微结构模型，这一模??型将烧结体的致密化方程归纳出来
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于相场模型的金属微波烧结演化机制分析及同步辐射断层扫描实验验证[J]. 康丹,许峰,胡小方,刘文超,董博,肖宇. 实验力学. 2016(03)
[2]陶瓷材料微波烧结工艺与机理研究现状[J]. 殷增斌,袁军堂,程寓,汪振华,胡小秋. 硅酸盐通报. 2016(05)
[3]材料微结构演化的相场模拟[J]. 王杰,李欣凯,刘畅,石以诺. 固体力学学报. 2016(01)
[4]Latest advances of X-ray imaging and biomedical applications beamline at SSRF[J]. 谢红兰,邓彪,杜国浩,付亚楠,陈荣昌,周光照,任玉琦,王玉丹,薛艳玲,彭冠云,和友,郭瀚,肖体乔. Nuclear Science and Techniques. 2015(02)
[5]电介质中极化电荷密度的计算[J]. 屈双惠,杨志宏,马志春,张彩霞. 石家庄学院学报. 2014(06)
[6]微波烧结在材料领域中的应用探讨[J]. 于群,王斌,张悦. 环境工程. 2014(S1)
[7]陶瓷和金属微波烧结在线实验及微观机理分析[J]. 王春萌,许峰,胡小方,刘文超,康丹,李永存,牛玉. 实验力学. 2014(04)
[8]微波烧结金属粉末的研究进展[J]. 马军,王建忠,支浩. 材料导报. 2013(S2)
[9]铝素坯烧结过程微结构演化的实时观测[J]. 牛玉,许峰,胡小方,李永存,缪泓,赵建华. 实验力学. 2012(02)
[10]微波烧结陶瓷的研究进展[J]. 李远,汪建华,熊礼威,刘繁. 热处理技术与装备. 2011(02)
博士论文
[1]粉末固相烧结的数值模拟和理论问题研究[D]. 牛玉.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]不同烧结方式对锶铁氧体中La3+迁移机制的影响研究[D]. 孙延杰.上海应用技术学院 2014
[2]相场方法研究粉末陶瓷烧结的微结构演化[D]. 马文婧.广西大学 2012
[3]原位制备MoSi2基复合材料及其性能研究[D]. 侯周福.湖南科技大学 2010
[4]粉末冶金TiAl基合金的制备与高温压缩变形行为研究[D]. 赵晓红.哈尔滨工业大学 2008
[5]三元合金非等温凝固过程的相场法模拟[D]. 石可伟.兰州理工大学 2008
本文编号：3271149
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．〗传统烧结与微波烧结对比［２】??
间上存在梯度时，化学势Ｕ与扩散流Ｊ具有以下关系［２１１??（１３）??图１．２中空位容易在两个球状颗粒互相接触的颈部区域产生，这主要是由于颈??部区域外边界是凹曲面，具有相对较低的表面自由能，因而是空位源的主要来源之??一。物质通过图１．２所示的扩散方式进行物质传输，随着烧结颈的不断生长，烧结??过程逐渐结束。通常原子会由物质表面曲率较小的区域向表面曲率较大的区域迁移，??而物质表面通常具有不同的曲率半径，因此物质的表面自由能可以用以下公式来描??述【川??Ｊｓ＝－＾＾－ＶＫ??ｋＴ?（１．４）??式中，Ｋ表示物体表面的主曲率，表示物体的表面张力，Ｑ表示原子体积。沿晶??４??
图１．３球形颗粒的烧结模型［２Ｑ）??固相烧结在不同烧结时期具有不同的烧结现象，我们通常依据这些现象将烧结??过程分成前期、中期和后期三个不同时期，如图１．３所示＠１。两球模型是固相烧结??初期研宄的基础，在此模型的基础之上，人们建立了很多固相烧结初期模型。两球??模型对两个球球心之间的距离进行了一定的假设，即两球球心距离的变化量等于烧??结体的收缩变化量。两球模型表明，物质以蒸发凝聚、表面扩散和体积扩散等形式??进行的传质过程不会引起烧结体的收缩。以两球模型为基础，１＾１＾［２４］等人建立了不仅??能够确定动力学方程，还可以确定激活能的陶瓷烧结初期模型。固相烧结中期，由??于烧结致密化是一个十分复杂的过程，因此该阶段烧结现象明显不同与烧结初期，??并且远较之复杂。１９６３年，０）１）１＾２５，２６］等人提出了物质传输的显微结构模型，这一模??型将烧结体的致密化方程归纳出来
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于相场模型的金属微波烧结演化机制分析及同步辐射断层扫描实验验证[J]. 康丹,许峰,胡小方,刘文超,董博,肖宇. 实验力学. 2016(03)
[2]陶瓷材料微波烧结工艺与机理研究现状[J]. 殷增斌,袁军堂,程寓,汪振华,胡小秋. 硅酸盐通报. 2016(05)
[3]材料微结构演化的相场模拟[J]. 王杰,李欣凯,刘畅,石以诺. 固体力学学报. 2016(01)
[4]Latest advances of X-ray imaging and biomedical applications beamline at SSRF[J]. 谢红兰,邓彪,杜国浩,付亚楠,陈荣昌,周光照,任玉琦,王玉丹,薛艳玲,彭冠云,和友,郭瀚,肖体乔. Nuclear Science and Techniques. 2015(02)
[5]电介质中极化电荷密度的计算[J]. 屈双惠,杨志宏,马志春,张彩霞. 石家庄学院学报. 2014(06)
[6]微波烧结在材料领域中的应用探讨[J]. 于群,王斌,张悦. 环境工程. 2014(S1)
[7]陶瓷和金属微波烧结在线实验及微观机理分析[J]. 王春萌,许峰,胡小方,刘文超,康丹,李永存,牛玉. 实验力学. 2014(04)
[8]微波烧结金属粉末的研究进展[J]. 马军,王建忠,支浩. 材料导报. 2013(S2)
[9]铝素坯烧结过程微结构演化的实时观测[J]. 牛玉,许峰,胡小方,李永存,缪泓,赵建华. 实验力学. 2012(02)
[10]微波烧结陶瓷的研究进展[J]. 李远,汪建华,熊礼威,刘繁. 热处理技术与装备. 2011(02)
博士论文
[1]粉末固相烧结的数值模拟和理论问题研究[D]. 牛玉.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]不同烧结方式对锶铁氧体中La3+迁移机制的影响研究[D]. 孙延杰.上海应用技术学院 2014
[2]相场方法研究粉末陶瓷烧结的微结构演化[D]. 马文婧.广西大学 2012
[3]原位制备MoSi2基复合材料及其性能研究[D]. 侯周福.湖南科技大学 2010
[4]粉末冶金TiAl基合金的制备与高温压缩变形行为研究[D]. 赵晓红.哈尔滨工业大学 2008
[5]三元合金非等温凝固过程的相场法模拟[D]. 石可伟.兰州理工大学 2008
本文编号：3271149
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