多孔介质内气泡Ostwald熟化特性三维孔网数值模拟

多孔介质内气泡的Ostwald熟化行为广泛存在于CO_(2)地质封存、多孔材料制备、燃料电池等领域.为探究孔隙尺度下多孔介质内气泡的熟化特性,建立了基于浓度耦合计算的三维孔隙网络模型,该模型考虑了气泡形态、多孔介质结构以及气液之间的传质,通过求解三维孔隙网络内各孔体的气相浓度,得到各气泡的演化过程,并采用四孔隙结构微流体芯片可视化实验验证了模型的可靠性.为分析多孔介质非均质性对气泡熟化过程影响,构建了两种不同孔隙尺寸的三维孔网结构,对两个区域内的气泡熟化过程进行了数值模拟.结果表明:气泡初始分布会对熟化过程产生影响,当气泡非均匀分布时,气泡从小孔隙区域传输至大孔隙区域的同时,也会各自向自身区域的大气泡区域传质;气泡初始尺寸的差异,会加速熟化进程,使熟化时间明显短于均匀分布状态.孔隙数的选取对平均毛细力、饱和度等连续尺度等效参数具有显著影响,孔隙数增加时毛细力与饱和度呈现更具规律性的非线性变化.该模型的建立可以预测地质封存过程中CO_(2)的演化过程,为CO_(2)长期封存过程中非均质性的影响机制研究提供指导.

二元互不溶体系中第二相颗粒的Ostwald熟化

二元互不溶体系是具有重要工程技术价值的材料。综述了近年来二元互不溶体系中第二相颗粒的Ostwald熟化的研究进展,简述了Ostwald熟化的经典理论——LSW理论和现代Ostwald熟化理论,着重介绍了二元互不溶体系中第二相颗粒的Ostwald熟化以及第二相体积分数、颗粒形状和合金元素的影响。

Cu-Pb过偏晶合金颗粒生长和Ostwald熟化的相场法模拟

采用计算效率和计算精度较高的Fourier变换谱分析方法求解Cahn-Hilliard相场方程,并耦合热力学数据,对Cu-Pb过偏晶合金在等温情况下液相分离过程中的颗粒生长和Ostwald熟化进行了模拟研究.结果表明,合金体系中两液相区中的第二相颗粒生长和Ostwald熟化过程可以通过调节能量梯度系数和迁移率系数实现.在过饱和基体中第二相单个颗粒生长的计算结果表明,颗粒生长的扩散过程主要是系统自由能作用的结果,能量梯度系数γ对颗粒与基体之间的浓度梯度起调节作用.随着γ的减小,两液相之间的浓度梯度增大,颗粒轮廓线的斜率增加.颗粒半径的生长速率与经典的Zener理论良好吻合.模拟了Cu-Pb过偏晶合金不混溶区析出第二相颗粒半径的分布情况,随着粗化过程的进行,归一化颗粒半径的尺寸分布峰值由初始的小于平均尺寸逐渐向平均尺寸靠近,且最终超过平均尺寸.

利用Ostwald熟化作用合成空心碳纳米材料

以淀粉等易获得的生物质为碳前驱物,亚铁盐为添加剂,采用水热法制备了碳材料.实验发现,在反应过程中,首先生成了被无定形碳包裹的铁氧化物纳米棒,形成碳/铁氧化物的核/壳结构.在进一步的反应中,铁氧化物核自发溶解,最终得到了空心的碳纳米棒.讨论了铁氧化物自发溶解的原因,认为空心碳纳米棒的形成是由Ostwald熟化现象造成的.当以葡萄糖或环糊精为碳前驱物时,得到的是空心碳球,这可能与各种碳前驱物不同的表面活性剂作用有关.

稀溶体中第二相质点的Ostwald熟化——Ⅱ.解析解

本文根据稀溶体中第二相质点的Ostwald熟化过程的普适微分方程,得出各种不同情况下第二相质点的似稳态尺寸分布函数及其平均尺寸随熟化时间而变化的解析解,并由此分析比较了不同情况下第二相质点的粗化规律及相互关系。

0.02～0.05Ti微合金化钢中Ti(C,N)的Ostwald熟化规律

对(%)0.2C、0.004～0.008N、0.02～0.05Ti微合金化钢中Ti(C,N)在850～1400℃的Ostwald熟化规律进行了理论计算。结果表明,1000℃以下碳氮化钛的粗化速率系数m小于1 nm/s^(1/3),1400℃为4～5nm/s^(1/3)。钢中氮含量相同时,相同温度下碳氮化钛的粗化速率随钢中钛含量的增加而增大,因而降低钢中钛含量对碳氮化钛的熟化过程明显有利。而相同钛含量时,相同温度下碳氮化钛的粗化速率随钢中氮含量的增加而显著降低,这表明电炉钢中碳氮化钛颗粒比转炉钢更不容易发生粗化。

Ostwald熟化效应水热合成“花状”六棱柱β-NaYF_4微晶管

以柠檬酸钠为螯合剂,采用简单的水热法合成了"花状"六棱柱β-NaYF4:Ln3+(Ln=Nd,Sm,Eu,Tb,Dy,Er)微晶管。利用XRD、SEM和荧光分光光度计对样品的结构、形貌和荧光等进行表征。XRD结果显示,在反应温度为180℃的水热条件下,不同的反应时间得到的样品均为纯六方相NaYF4。SEM结果表明随着水热反应时间的增加,样品通过晶核成熟和Ostwald熟化效应,由形貌规则的六方棱柱演变成尺寸均匀,直径约为10μm,长约为20μm的"花状"六棱柱微晶管,柠檬酸钠和富余的F-在微晶体的形貌演变过程中起到很大的调节作用。对不同稀土离子掺杂微晶体的发光机制进行了简单的探讨。

球形Ni(OH)2生长过程中的Ostwald熟化作用

利用控制结晶方法在连续搅拌反应器中制备了球形氢氧化镍,通过电子显微技术表征了球形氢氧化镍的内外结构并讨论了其生长过程机理和Ostwald熟化的作用。Ostwald熟化存在于球形氢氧化镍的生长过程中并在其微结构的形成过程中有重要作用。在生长过程中,氢氧化镍沉淀从松散聚集的纳米级不规则胶状体转变为由放射状排列的片状微晶组成的微米级紧密聚集球粒。反应器内部可分为成核区、生长区与熟化区等功能区。Ostwald熟化使氢氧化镍粒子团聚密实,形态转变为光滑球形,并使微晶重结晶长大。这一认识深化球形工业结晶研究,并对反应器设计有指导意义。

激光冲击E690高强钢Ostwald熟化现象的试验研究

目的研究功率密度对激光冲击E690高强钢表面Ostwald熟化现象的影响。方法根据理论分析激光冲击金属材料与产生调幅分解的内在联系,提出因激光冲击强化产生Ostwald熟化现象所需要的条件。使用场发式透射电镜(TEM)获取激光冲击E690高强钢试样表面微观组织结构和选区电子衍射花样,观测不同功率密度的TEM形貌相中晶粒尺寸的变化特征,以及Ostwald熟化现象验证。结果通过TEM形貌像可以看出,E690高强钢基材是由铁素体层与渗碳体层交替重叠组成的珠光体形貌,在激光冲击强化作用下,发生了晶粒细化,薄层渗碳体逐渐消失,电子衍射花样逐渐呈圆环状变化。当激光功率密度上升至4.07 GW/cm^(2)时,持续细化的材料发生粗化,出现调幅分解组织,选区电子衍射花样中出现卫星斑,E690高强钢表面发生了Ostwald熟化现象。当激光功率密度达到5.09 GW/cm^(2),E690高强钢表层产生了纳米晶。结论较弱和较强的功率密度都不能使脱溶物到达发生Ostwald熟化机制的临界半径,Ostwald熟化现象与纳米晶相邻出现。

相场法模拟低体积分数下的Ostwald熟化

建立低体积分数下的Ostwald熟化过程的相场模型,采用Cahn-Hilliard方程和Allen-Cahn方程控制相对密度场和长程取向场的变化,研究体积分数对生长指数m、动力学系数k和粒径分布的影响。结果表明:低体积分数(小于10%)的Ostwald熟化中,生长指数函数中的生长指数m不依赖于体积分数的变化,m=3.0;而随着体积分数的增加,动力学系数k变化不大,在k=0.003附近。随着熟化相体积分数的增加,晶粒生长尺寸分布加宽。

强磁场下第二相颗粒Ostwald熟化行为

Ostwald熟化是粉末冶金、半固态加工、液相烧结、夹杂物控制等过程的核心问题,其本质是界面能的降低与溶质原子的长程扩散过程。Ostwald熟化过程受体积分数、合金元素、弹性应变、原始组织、外场等因素影响。近年来研究表明,外加强磁场对熟化过程影响显著,但作用机制还需深入研究。本文以磁场对熟化的影响方式为分类依据,具体分析了强磁场对相变、扩散、界面能的作用效果,并综述了强磁场下Ostwald熟化行为的研究进展。

两相体系中第二相体积分数对其Ostwald熟化的影响

综述了近年来两相体系中第二相体积分数对其Ostwald熟化影响的研究进展,简述了Ostwald熟化理论——LSW理论和现代Ostwald熟化理论,着重介绍了第二相体积分数对其Ostwald熟化的影响。

Al-14Cu-7Ce合金中Al_8CeCu_4相的Ostwald熟化行为（英文）

采用硬度测试、扫描电镜、图像分析和物理建模,研究了Al-14Cu-7Ce合金中Al_8CeCu_4相的Ostwald熟化行为。结果表明,Al_8CeCu_4相的熟化过程受控于Ce元素在Al中的体扩散,其动力学满足体积修正的Lifshits-Slyozov-Wagner理论;基于通用速率公式,计算了Ce元素在Al中的体扩散系数以及Al_8CeCu_4与Al基体的界面能。

T91钢服役过程中碳化物的熟化分析

通过碳化物的电解萃取、X衍射分析、能谱分析和透射电镜分析等方法,对不同服役时间的T91钢中的碳化物状态及变化进行了研究。结果表明,经长期高温高压作用后,T91钢中碳化物M23C6发生较显著的熟化。碳化物M23C6颗粒形态多由短条形变为球形,仍以板条界分布为主。同时发现碳化物M23C6的化学成分发生变化,Mo、Cr从基体中的固溶态转移到碳化物中的化合态,碳化物M23C4在T91钢中的含量显著增加,由此对碳化物熟化提出了一些新的见解。

等温球化处理过程中热变形白口铸铁中碳化物的ostwald长大现象

对亚共晶白口铸铁经高温形变后所获得的碳化物在等温球化过程中球化长大进行了研究。结果表明：碳化物是以大粒子吞食小粒子和短棒状碳化物溶断及律端溶解自身球化的方式球化长大的，其特征是碳化物尺寸逐渐增大，数目逐渐减少，碳化物长大速度符合经验公式V＝1．172×10-3／（0．326＋0．0064t）2，而其含量保持不变，长大规律符合ostwald熟化规律。

基于格子Boltzmann方法的二维气泡群熟化过程模拟

Ostwald熟化(ripening)是指局部热力学平衡状态下,颗粒/液滴/气泡系统为了减小界面能而自发地进行颗粒群尺度分布调整的过程,具有重要研究价值.针对目前数值模拟研究不充分的现状,本文采用格子Boltzmann方法,对相变速率主控的二维蒸气泡系统演化开展了数值模拟研究.模拟结果与本文推导的二维气泡群演化标度律符合较好,证实了格子Boltzmann方法对复杂相变-物质输运过程捕捉的准确性.研究同时表明,蒸气泡系统演化过程中物质输运为液相压力不平衡所驱动,并且在小气泡“溃灭”过程中水动力学作用会影响气泡群半径分布函数的局部细节;气-液状态方程参数对熟化过程的影响效果分析显示,气液两相比内能差是驱动相变的核心要素,此差异越大相变速率越快,该结论进一步诠释了化学势驱动熟化过程的物理图像.

多孔介质内气泡熟化特性孔隙尺度研究

多孔介质内的气泡熟化行为广泛存在于CO_(2)封存等领域,为探究多孔介质内气泡的熟化特性,本文采用空气作为模拟气体,通过可视化实验和数值计算,对双孔隙和四孔隙气泡熟化过程进行了研究,阐释了多孔介质非均质性对熟化过程的影响规律。结果表明:在双孔隙气体饱和度较小情况下,虽然也发生正向熟化,但是孔隙结构的存在使熟化速率明显低于自由流体情况;四孔隙研究显示多孔介质非均质性对气泡熟化过程影响显著,由于孔隙的几何限制,气泡在某些情况下会发生逆Ostwald熟化,即生长的气泡在充满当前孔隙空间后会停止生长并反向熟化导致尺寸缩小;在非均质多孔介质中,由于熟化作用,气泡有传质到大孔隙区域趋势,导致大孔隙区域富集大气泡,存在泄漏风险,从而影响封存。

银薄层控制金纳米四足体的重塑和等离激元调谐

探究了溶液中不同温度以及不同溶液成分(I-的引入)对金纳米四足体(GNTPs)重塑过程的影响,表明了GNTPs的重塑机制为Ostwald熟化,即弱结合的表面Au原子在高凸曲率区域溶解和在凹区域重新沉积。这种重塑过程可以随时通过镀银薄层在几秒内阻止,GNTPs的形貌可以在最大程度上得到很好的稳定,从而也可以防止其光学性质的演变。在此基础上,通过紫外可见近红外(UV-Vis-NIR)吸收光谱和基于同步辐射的小角X射线散射(SAXS)进一步研究了GNTPs/Ag的稳定性,并通过表面增强拉曼散射(SERS)光谱证实了GNTPs/Ag的光学响应。

FGH96合金中γ′相的高温粗化行为

利用热力学计算，SEM分析研究了FGH96合金中的γ’强化相的高温粗化规律，并对γ’相的粗化行为进行了动力学分析。结果表明：随着合金中组元Nb和Ti/Al值的变化，FGH96合金中γ＇相的溶解温度区间为1088℃-1125℃，在高温热处理过程中，随着保温时间延长，合金中小γ＇相数量减少，单位面积内的γ＇颗粒数目减少，大γ＇颗粒数目明显增加，即发生了Ostwald熟化；γ＇相粗化遵循L-S-W理论，即：γ^-1xt,γ＇相的粗化激活能Q=293.6kJ/mol,γ＇颗粒的粗化主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制。

Inconel 751合金长期时效过程中γ′析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金,在700℃和850℃进行了长期时效处理。对长期时效处理后的合金组织进行了观察,采用Thermo-calc软件对合金γ′相的析出进行了热力学验证计算。结果表明,Inconel 751合金在700℃时效时,γ′相长大较为缓慢,而在850℃时效时γ′相迅速长大;随着时效温度的升高和保温时间的延长,合金中小颗粒γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目增加,即发生了Ostwald熟化;Inconel751合金中γ′相主要为N i3(A l,Ti),在700℃和850℃时效过程中,γ′颗粒长大受A l和Ti扩散控制。