超重力熔滲鎢銅復(fù)合材料及其成型工作過(guò)程仿真.pdf

1、鎢銅合金是一種理想的熱沉材料及電接觸材料，也是一種普遍采用的等離子墻護(hù)體材料，一般采用粉末冶金法制備，周期長(zhǎng)、對(duì)原材料質(zhì)量要求高，易出現(xiàn)氣孔、微觀組織不均勻等缺陷。超重力燃燒合成技術(shù)近年來(lái)備受世界各國(guó)矚目，目前已經(jīng)成功備出YAG、YSZ共晶陶瓷、功能金屬材料等，且在成型過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了非平衡結(jié)晶條件及超重力場(chǎng)中壓實(shí)作用，因此材料的性能優(yōu)良?；诖耍疚牟捎贸亓θ坭T技術(shù)，即在超重力場(chǎng)中，將燃燒合成技術(shù)與快速凝固技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)W、Cu組元的快

2、速熔融，從而保證了熔體在發(fā)生揮發(fā)損失和偏聚前快速凝固，制備出成分和結(jié)構(gòu)可控的W/Cu材料，研究了工藝-結(jié)構(gòu)-性能間的相互影響規(guī)律，利用ANSYS有限元分析軟件，通過(guò)建立一種新型模擬模型，對(duì)其成型及工作過(guò)程中溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬仿真。
　　首先，根據(jù)對(duì)不同鋁熱體系絕熱溫度的分析，研究納米鋁熱劑的組分設(shè)計(jì)(Al/CuO/W/稀釋劑，Al/WO3/Cu/稀釋劑)對(duì)反應(yīng)合成過(guò)程特征以及產(chǎn)物相組成（重點(diǎn)關(guān)注反應(yīng)完全程度）的影響規(guī)律，獲得優(yōu)

3、化鋁熱劑組分及超重力動(dòng)態(tài)燃燒合成工藝制備參數(shù)。
　　其次，系統(tǒng)研究了材料的制備工藝-顯微結(jié)構(gòu)-性能間相互影響規(guī)律，對(duì)材料性能（如線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等熱學(xué)和力學(xué)性能）進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，其微觀組織與傳統(tǒng)燒結(jié)制備的鎢銅合金相同，成分、組織沿超重力方向梯度分布，抗彎強(qiáng)度較傳統(tǒng)方法高出20％，熱導(dǎo)率接近該組分的理論值為270 W/(m·K)，相對(duì)密度＞98％。
　　再次，建立超重力熔滲過(guò)程中熔體凝固的溫度場(chǎng)、

4、應(yīng)力場(chǎng)有限元模擬仿真模型，研究了超重力場(chǎng)與液-固相變耦合方式下W/Cu產(chǎn)物的微結(jié)構(gòu)形成機(jī)制。結(jié)果表明，超重力熔滲制備W/Cu材料成型過(guò)程中，高溫低黏度銅溶液快速填充鎢顆粒壓塊內(nèi)孔隙，形成非平衡結(jié)晶條件，成型過(guò)程中形成極高冷卻速度(＞100000℃/s)，產(chǎn)生較大應(yīng)力，鎢顆粒表面由于較大應(yīng)力(＞5 GPa)而發(fā)生爆裂鈍化，有利于提高燒結(jié)能力與質(zhì)量。
　　最后，采用高熱負(fù)荷實(shí)驗(yàn)并結(jié)合有限元計(jì)算考察和分析了熱流密度對(duì)鎢銅合金工作應(yīng)力分布