藕状多孔铜凝固界面前沿溶质场的数值模拟

采用金属/气体共晶定向凝固技术制备了藕状多孔铜,建立了凝固界面前沿溶质场模型,采用模型计算分析了工艺参数(凝固速率、氢气压力和温度)对多孔铜结构参数(孔隙率和孔间距)和溶质浓度的影响,并与试验结果进行了对比。结果表明:保持氢气压力和温度不变时,孔间距(λ)和凝固速率(v)呈vλ2=E(常数)的关系;孔隙率主要受氢气压力的影响,孔间距主要受凝固速率和氢气压力的共同影响;模型计算结果和试验结果吻合较好;随着氢气压力或凝固速率的升高,固液界面前沿溶质富集程度越来越大,而随着温度的升高,溶质的富集程度越来越小。

区域熔炼法制备藕状多孔铜

采用区域熔炼法在氢气氛下制备了藕状多孔铜,其气孔呈圆柱状沿凝固方向分布。研究了凝固速率对气孔率、气孔直径和气孔数密度的影响。结果表明：气孔率随凝固速率的增加而增大;凝固速率的增加能促进气泡形核,使平均气孔直径减小而气孔数密度增大。所制备的藕状多孔铜的气孔率和气孔直径可通过调节凝固速率而得到控制。

藕状多孔铜基自润滑材料的载流磨损性能

采用机械挤压法制备了以藕状多孔铜铬合金为基体,石墨为润滑相的自润滑材料,并测试了这种自润滑材料的载流磨损特性。本文分析了载流磨损性能随藕状多孔铜铬合金的成分和电流强度的变化规律,并借助SEM、EDS等表征手段分析了其磨损机理。结果表明:自润滑材料的磨损率随着基体Cr含量的增加而减小,随着电流强度的增加而增大;磨损机制均以氧化磨损和磨粒磨损为主,并伴随有塑性变形和粘着磨损。

低气压下藕状多孔铜的结构控制与研究

采用金属-气体共晶定向凝固技术,利用自行研制的Gasar模铸装置,在保温温度为1456 K,氢气压分别为0.04,0.07,0.10 MPa的工艺条件下,成功制备出了直径为Ф100 mm,高度为150 mm的藕状多孔铜试样(气孔率分别为:23.1%,38.5%,48.2%)。在线切割机上将所制备的试样分别沿纵向和不同高度处切开,利用扫描仪和Image J软件对试样照片和气孔率进行采集、统计,研究了低气压下藕状多孔铜气孔和气孔率的分布。结果表明:在低气压(小于0.2 MPa)下,保温温度相同时,随着气压的升高,气孔率升高,气孔孔径也相应地增大,当气压为0.1 MPa时,气孔率增加至48.2%,气孔平均孔径增加至524μm;同一试样,随着试样高度的增加,气孔率呈现先略微增加后减小的趋势,在试样高度约为50 mm处,气孔率达到最大值,这与中高气压下藕状多孔铜气孔和气孔率的分布有所不同,进一步丰富了气压对藕状多孔铜气孔结构影响的理论和实验研究。

基于纳米CT技术的藕状多孔铜三维重构的研究

利用定向凝固法分别在0.55、0.7及1mm/s的拉速下制备出了具有规则气孔分布的藕状多孔铜,并采用非破坏性纳米CT扫描技术对所制备的多孔铜结构进行CT扫描及三维体重构,研究了拉速对气孔形核及形核数目、气孔率以及孔径大小和分布的影响。结果表明,随着凝固进行,气孔形核数目逐渐减少并且趋于稳定,在整个定向凝固过程中,都存在新气孔的形核现象。当拉速增加时,铸锭在相同高度范围内新气孔的形核数目增加,气孔的平均直径减小,气孔的尺寸分布均匀性下降。

定向凝固多孔铜微通道热沉散热性能的优化研究

利用定向凝固制备圆柱形气孔规则排列的藕状多孔铜热沉,通过实验和Flow simulation数值模拟系统研究了藕状多孔铜热沉的散热性能。结果表明,多孔铜热沉不仅具有很强的换热能力,可以满足大功率电子元器件的散热;同时,采用水为冷却介质,将具有不同孔径的藕状多孔铜沿孔长方向按孔径梯度排列成组合热沉,可以显著降低多孔铜热沉的温差,并且降低进出口压降。当体积流量为80 m L/s,孔径梯度为0.1 mm,与一体多孔铜热沉相比,4段拼接多孔铜热沉的温差降低55%,压降减小50%,换热系数基本保持不变。