《預加熱條件下純鎢及鎢銅混合粉末的衝擊壓縮行為研究》是依託北京理工大學，由周強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：預加熱條件下純鎢及鎢銅混合粉末的衝擊壓縮行為研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：周強
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
粉末材料的衝擊壓縮行為是爆炸力學、衝擊動力學的一個重要研究課題。項目擬對預加熱條件下金屬單質和混合粉末的衝擊壓縮行為開展研究，以純鎢及鎢銅混合粉末為研究對象，設計加工樣品加熱裝置，對粉末進行預熱，利用氣炮在較大應變率範圍內進行載入，通過VISAR等測試手段，測量衝擊載入時樣品的自由面速度。設計預加熱條件的衝擊回收實驗，並對回收樣品的緻密度和顯微組織進行觀測。基於測量結果和理論推導，套用焓基狀態方程，建立全壓力範圍內(＞1GPa)的預加熱粉末衝擊壓縮方程。採用光滑粒子算法對粉末預加熱條件下衝擊壓縮過程進行細觀尺度的數值模擬。結合數值模擬和實驗觀測，對預熱溫度、材料參數、粉末粒度分布及孔隙度等因素對粉末衝擊壓縮形貌，微觀力-熱回響及巨觀Hugoniot關係的影響進行深入研究，獲得預加熱條件下粉末衝擊壓縮特性及相應的緻密化機理。本研究對預加熱條件下材料的衝擊壓縮特性研究有重要意義和參考價值。
結題摘要
衝擊波合成材料是一種探索新物相、製備新材料的有效手段，具有重要的研究價值和套用前景，因此，研究粉末的衝擊壓縮行為具有重要的意義。項目圍繞粉末材料在高初溫條件下的衝擊壓縮行為展開，建立了基於Wu-Jing狀態方程的預加熱條件粉末的衝擊壓縮方程，與實驗數據符合較好，能在全壓力範圍內對單質、混合粉末的高初溫Hugoniot線進行預測；通過細觀尺度數值模擬，預測了高溫粉末的Hugoniot關係，與衝擊壓縮方程計算結果符合較好，揭示了高初溫單質W和W-Cu混合粉末的衝擊燒結機理。發現對於單質W粉，預熱降低了粉末的波阻抗，促進W顆粒表面的熔化和塑性形變，表面熔化和塑性形變是主要的燒結機理，而對W-Cu混合粉末來說，預熱僅促進了W顆粒的塑性形變，W的塑性形變和Cu填充孔隙是主要的燒結機理；在此基礎上，開展了W-Cu粉末的高溫爆炸燒結實驗，製備了密度超過96%理論密度的樣品，從顯微結構發現，高溫預熱促進了Cu的均勻分布，是緻密化的關鍵因素，驗證了數值模擬的預測；因此，採用化學鍍法製備了Cu包覆W粉末，實現了Cu的均勻分布，並在1GPa壓力下，得到了密度超過98%的W-Cu複合材料，發現W-Cu結合強度取決於化學鍍工藝，衝擊波壓力對樣品性能的影響較小；開展了W-Cu複合板的爆炸焊接，通過降低碰撞速度減小拉伸波強度，製備了無裂紋的0.1mmW-Cu複合板，通過高溫預熱提高W板塑性，製備了無裂紋2mmW-Cu複合板， W-Cu結合界面呈波紋狀，具有較高的結合強度，經數值模擬和顯微組織觀察發現，W-Cu的波紋界面形成過程符合Bahrani機理；最後，通過爆炸燒結的方式，在不誘發反應的前提下，得到了高緻密高強度的Ni-Al含能結構材料，屈服強度超過300MPa，動態力學性能測試結果表明，材料具有明顯的應變率效應，金屬間化合物的生成會大大降低其力學性能，結合高速攝像和顯微組織觀察，發現兩相均連續分布的Ni-Al複合材料的動態斷裂模式，受兩相結合強度的影響，DSC結果表明，熱處理促進了Ni-Al間擴散，增強了Ni-Al結合強度，但不會誘使金屬間化合物的生成。
