單分散BI-Ga核殼粒子形貌控制及熱循環(huán)性能.pdf

1、均質(zhì)偏品合金在工業(yè)上潛在用途廣泛，然而，由于其在凝固過程中容易發(fā)生相分離而難以獲得，這大大限制了其應(yīng)用。基于相分離特性發(fā)展而來的核殼型結(jié)構(gòu)材料近年來備受關(guān)注，這類結(jié)構(gòu)材料可以用于汽車工業(yè)、電子封裝、導(dǎo)電填充、相變儲(chǔ)能等領(lǐng)域，應(yīng)用的前提是能夠制備粒徑均一、形貌一致的核殼型復(fù)合結(jié)構(gòu)，然而，目前技術(shù)（包括氣霧化法、落管法、射流斷裂法等）均難以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，亟需一種有效方法來進(jìn)行研究。脈沖微孔噴射法能夠制備高精度的金屬/合金微粒子，是一種有效方

2、法。本文對(duì)Bi-Ga偏晶合金核殼粒子形貌控制及形成機(jī)理進(jìn)行了研究，同時(shí)，對(duì)核殼結(jié)構(gòu)的相變行為進(jìn)行初步研究。
　　首先，利用脈沖微孔噴射法制備了單分散尺寸及近乎相同形貌的Bi45Ga55合金核殼結(jié)構(gòu)粒子，且在常規(guī)重力無容器凝固條件下首次獲得了以高熔點(diǎn)的Bi富集相為外殼的核殼結(jié)構(gòu)粒子。從技術(shù)及凝固角度分別分析了單分散粒子、核殼結(jié)構(gòu)的形成。Bi富集相外殼是Bi發(fā)生表面偏析的結(jié)果。利用FLUENT軟件模擬了液滴凝固過程中的溫度場，并計(jì)算了

3、第二相小液珠的Marangoni運(yùn)動(dòng)及Stokes運(yùn)動(dòng)速率，計(jì)算結(jié)果表明，Marangoni運(yùn)動(dòng)在整個(gè)凝固過程中一直占據(jù)主導(dǎo)作用，這說明了同心圓結(jié)構(gòu)的成因，同時(shí)利用圖解總結(jié)了Bi-Ga合金核殼結(jié)構(gòu)形成過程。研究了過熱度、超聲振蕩對(duì)形貌的影響。合金粒子與核心直徑之間滿足線性關(guān)系:Dcore=0.79Dparticle-51.3，線性相關(guān)度達(dá)0.976。
　　其次，研究了過偏晶成分區(qū)六組組分的核殼形貌，每組分下均形成了較為完美的核殼形

4、貌。隨著Ga含量的增大，形貌由同心圓形、新月形、同心圓形依次演變。研究中首次發(fā)現(xiàn)所有組分下的核殼結(jié)構(gòu)均為Ga富集相核心，得出了核殼形貌不隨少數(shù)體積相無關(guān)的結(jié)論。利用示意圖總結(jié)了不同少數(shù)體積相下的核殼結(jié)構(gòu)形成機(jī)理。討論了超聲振蕩、粒子尺寸、合金成分、以及過熱度對(duì)核殼形貌的影響。探討了合金成分及過熱度與粒子尺寸之間的關(guān)系，結(jié)果表明，同一過熱度下，隨Ga含量增多，粒子尺寸先增大后減小，在同一組分下，粒子尺寸隨過熱度的增大而減小。建立了潤濕模型

5、及小球模型，其模型預(yù)測與實(shí)驗(yàn)觀察相一致。
　　再次，利用DSC熱循環(huán)測試研究了核殼結(jié)構(gòu)粒子作為相變微膠囊儲(chǔ)熱材料的可能性，結(jié)果表明，Bi45Ga55合金核殼粒子在難混溶區(qū)及其以下溫度的熱循環(huán)中穩(wěn)定性較好;不同組分的Bi-Ga合金核殼結(jié)構(gòu)粒子，在-20～100～-20℃的熱循環(huán)中均能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，熱密度隨Ga含量的增加而增大，Bi15Ga85的熱密度最大;在-20～300～-20℃的熱循環(huán)溫后粒子穩(wěn)定性不好;熱循環(huán)溫度為-20～