超聲場耦合下鋁液/固相界面行為實驗方法與技術

《超聲場耦合下鋁液/固相界面行為實驗方法與技術》是依託東北大學，由李英龍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超聲場耦合下鋁液/固相界面行為實驗方法與技術
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李英龍
• 依託單位：東北大學

中文摘要

液/固界面行為是材料製備與化工合成過程中常見的物理化學現象和基礎科學問題，在材料學與聲學的交叉領域中，超聲場耦合技術已成為調控液/固界面潤濕、傳質與結構等界面行為的有效途徑。然而，目前尚無適宜的實驗方法與技術能系統研究超聲場耦合下的液/固界面行為規律、以準確描述界面結構調控機制。對此，依據超聲的空化效應和聲流作用，並基於本項目組前期的研究工作，擬採用自主研發的超聲場強耦合與懸浮驅動技術，在構建“潤濕－傳質－結構演化”三位一體構架關係的基礎上，通過對鋁熔體相關界面行為的系統研究，形成超聲場耦合下鋁液/固界面行為實驗方法與技術。該實驗方法與技術，有望成為系統研究超聲場耦合下金屬液/固界面潤濕和界面結構調控機制、及其相關理論模型的科學方法與實驗手段，以揭示超聲場耦合下金屬液/固界面行為規律；同時，可準確表征和最佳化聲場協同條件，為解決高性能材料製備過程的界面行為調控問題提供理論依據與技術支持。

結題摘要

液/固界面的潤濕、反應與傳質過程決定了材料製備的可能性、其最終的組織性能和生產效率。在材料學與聲學的交叉領域中，超聲場耦合技術已成為調控液/固界面潤濕、反應、傳質與結構等界面行為的有效途徑。然而，關於金屬液/固界面行為規律研究，尚缺乏完整系統的相關理論與動力學模型的描述，關於金屬液/固界面行為調控的實驗過程，還無法準確給出適宜的聲場協同條件參數。例如：（1）超聲場耦合下液/固界面行為與界面結構的相關性、界面結構生成機理不十分清楚，更缺乏相關模型的描述。（2）超音波在熔體中傳播時界面潤濕、傳質與結構調控行為，缺乏深入的闡述與真實準確的聲場協同條件表征及最佳化。 本項目以Al熔體與石墨固相、粉末界面的潤濕、傳質、界面反應為研究對象，以液/固潤濕現象、以及界面傳質行為研究為基礎，並針對AlTiC晶粒細化劑、Al基TiC顆粒增強複合材料合成過程的界面問題開展系統的研究工作。包括：超聲場耦合下鋁液/固界面潤濕行為規律研究，超聲場耦合下鋁液/固界面的傳質行為與結構調控規律研究，超聲場耦合下聲場協同條件最佳化與儀器關鍵技術參數確定等研究內容。其重要結果為：採用自主研發的超聲場強耦合與懸浮驅動技術，構建了“潤濕－傳質－結構演化”三位一體理論框架，通過對鋁熔體相關界面行為的系統研究，建立Al熔體反應的微觀動力學模型與界面結構調控機制。獲得具有自主智慧財產權的、高性能Al合金及其複合材料超聲場耦合製備技術，形成了超聲場耦合下鋁液/固界面行為實驗方法與技術。 超聲場耦合下鋁液/固界面行為實驗方法與技術是系統研究超聲場耦合下金屬液/固界面潤濕和界面結構調控機制、及其相關理論模型的科學方法與實驗手段，同時，本項目研製的懸浮反應裝置和課題組擁有的專利技術裝置(Al、Mg 合金及其複合材料連續凝固成形一體化裝置)進行技術集成，可實現材料製備過程的連續化、界面結構調控與凝固成形過程的一體化，有望徹底改變傳統的材料製備成形方法。