《超聲場耦合作用下C/Al界面潤濕與傳質行為》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：超聲場耦合作用下C/Al界面潤濕與傳質行為
- 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,結題摘要,
中文摘要
AlTiC是一種高效晶粒細化劑，TiC增強Al基複合材料是一種高性能結構材料。本申請項目，以其製備過程中C/Al潤濕性差、TiC難以合成的關鍵技術問題為背景，依據超聲的空化效應與聲流作用，以改善C/Al界面的潤濕性、強化傳質過程、阻止Al4C3形成、促進TiC合成，然而，目前尚無適宜的理論，對超聲場耦合下C/Al界面的潤濕與傳質行為機理作出描述。對此，擬採用自主研發的超聲場強耦合與懸浮驅動技術，構建C－Al熔體－超聲場界面潤濕與傳質體系，可獲得顯著的空化效應和聲流作用，並為系統研究C/Al界面潤濕與傳質行為，提供了穩態聲耦合界麵條件。研究意義：可以揭示超聲場耦合下的熔體反應機制，建立熔體反應的微觀動力學模型，解析潤濕傳質規律與組織形成機制；通過表征微觀組織參量與所在體系操作參數、以及聲場協同條件間的定量關係，可以最佳化界面反應條件，為解決TiC合成的難點問題，提供理論依據與技術支持。
結題摘要
項目的背景： 在AlTiC 晶粒細化劑和TiCp增強Al基複合材料的原位合成過程中，C/Al界面潤濕問題，已成為制約AlTiC晶粒細化劑和TiCp增強Al基複合材料製備與套用的技術瓶頸。本項目通過超音波的空化效應與聲流作用，為C/Al潤濕和充分反應提供了穩態聲耦合界麵條件；同時，空化效應在TiC界面產生高溫熱擾動，能激活“細化衰減” TiC粒子的形核活性，以形成適宜的理論能描述超聲場耦合下C/Al界面行為機理，指導工業化生產過程。 主要研究內容： （1）C/Al界面潤濕行為研究。 （2）C/Al界面傳質行為研究。 （3）熔體反應機制研究。 （4）TiC形核能力、界面結合性能評定與製備條件最佳化。 重要結果： （1）經系統集成設計形成了可用於超聲場耦合懸浮傳質的實驗裝置和潤濕裝置，可以構建穩態的界面體系，從而為界面潤濕與傳質行為規律研究，提供良好的實驗研究基礎條件。 （2）解析了超聲場耦合下C/Al界面潤濕與傳質機理，揭示合成過程C/Al界面微觀組織結構的演化規律，建立TiC合成熔體反應的微觀動力學模型； （3）通過合成條件與聲場協同參數最佳化，形成具有自主智慧財產權的高性能AlTiC晶粒細化劑和TiCp增強Al基複合材料超聲場耦合製備技術，申請專利 1項。 關鍵數據及其科學意義： （1）駐波水模實驗中，超聲功率為0.4KW時，聚苯乙烯粒子定向凝聚于波節，超聲功率達到1.2KW時，聚苯乙烯粒子凝聚會遭到破壞。 （2）在保證空化效應的前提下，採用相對低頻的聲波，適宜的頻率範圍為15～20KHZ，適宜的聲壓範圍為3P0～10P0 ，空化泡崩潰的最高壓力和最高溫度Pmax=7.3 ×108Pa,Tmax=29750 ℃。 （3）超聲耦合下Al/C界面和Al-Ti/C界面的潤濕過程只有準穩態減小和趨於穩定階段，沒有常規潤濕過程的孕育階段，同時，儘管在Al-Ti熔體/C界面發生了反應潤濕，但是Al-Ti熔體/C界面的準穩態接觸角仍小於Al熔體/C界面的準穩態接觸角。 研究工作的科學意義在於：在構建“C－Al熔體－超聲場”界面潤濕與傳質體系的基礎上，擬通過超聲場耦合座滴潤濕實驗和超聲場耦合懸浮傳質實驗，系統研究了界面潤濕、傳質和反應等行為規律，建立熔體反應的微觀動力學模型。
