超重力熔铸W/Cu复合材料温度及应力场的仿真

材料热处理学报, 2013, 34(z2): 227-232.

超重力熔铸W/Cu复合材料温度及应力场的仿真

李倩 ^1, , 宋月鹏 ^2, , 高东升 ^3, , 李江涛 ^4, , 孙祥鸣 ^5, , ^6,

1.山东农业大学机械与电子工程学院,山东泰安271018;山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

2.山东农业大学机械与电子工程学院,山东泰安271018;山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

3.山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

4.中国科学院理化技术研究所,北京100190

5.山东农业大学机械与电子工程学院,山东泰安271018;山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

6.浦项工科大学材料科学与工程学院,韩国浦项790784

基金项目: “十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD12B02) 国家磁约束核聚变能发展研究专项(2013GB110005) 山东省研究生教育创新计划(SDYY11079) ITPA人才项目(2010GB106003) 国家自然科学基金(51001111,51201173)

关键词：钨铜复合材料 , 超重力熔铸 , 仿真模拟 , 显微组织

Simulation on temperature and stress field of tungsten/copper materials fabrication procedure via combustion synthesis infiltration under the ultra-gravity field

LI Qian ^1, , SONG Yue-peng ^2, , GAO Dong-sheng ^3, , LI Jiang-tao ^4, , SUN Xiang-ming ^5, , Kim Hyoungseop ^6,

1.山东农业大学机械与电子工程学院,山东泰安271018;山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

2.山东农业大学机械与电子工程学院,山东泰安271018;山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

3.山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

4.中国科学院理化技术研究所,北京100190

5.山东农业大学机械与电子工程学院,山东泰安271018;山东省园艺机械与装备重点实验室,山东泰安271018

6.浦项工科大学材料科学与工程学院,韩国浦项790784

Keywords： tungsten/copper materials , combustion synthesis under the ultra-gravity field , simulation , microstructure

利用CuO/Al体系超重力熔铸钨铜复合材料,采用ANSYS有限元软件,提出一种先微单元、再整体而后微单元的模拟方法,对其成型过程中的温度、应力场进行仿真模拟并进行显微组织观察分析,结果表明:超重力场熔铸可形成非平衡结晶条件,高温低黏度铜溶液超重力场作用下快速填充钨颗粒压块孔隙,形成极高冷却速度(＞ 100000℃/s),产生较大的应力,压块内的钨颗粒表面升温速度较快,其瞬时等效应力值可达5 GPa,使得颗粒表面爆裂而钝化,烧结能力及质量得到提高,随着温度降低,钨铜两相应力值逐渐降低,温度测量及显微组织研究结果验证了仿真模拟结果的可靠性.

参考文献

[1]	Jorg F. Loffler;William L. Johnson .Crystallization of Mg-Al and Al-based metallic liquids under ultra-high gravity[J].Intermetallics,2002(11/12):1167-1175.
[2]	C. Unuvar;D.M. Fredrick;U. Anselmi-Tamburini .Gravity effects on reactive settling in the Al-W system in SHS[J].Intermetallics,2007(3):294-304.
[3]	PEI Jun;LI Jiang-tao;LIU Guang-hua et al.Rapid fabrication of bulk graded Al203/YAG/YSZ eutectics by combustion synthesis under ultra-high-gravity field[J].Ceramics International,2009,35(08):3269-3273.
[4]	裴军 .氧化铝基陶瓷材料的超重力熔铸制备新技术研究[D].中国科学院理化技术研究所,2009.
[5]	Zhang-jian Zhou,Jun Tan,Dan-dan Qu,Hua Li,Young-jin Yum,Hyvun-woo Lim.High heat loading performance of actively cooled W/Cu FGM-based components[J].矿物冶金与材料学报,2011(04):467-471.
[6]	黄友庭,汤德平,陈文哲.CuW80铜钨合金疲劳损伤过程的研究[J].材料热处理学报,2007(04):30-33.
[7]	陈文革,沈宏芳,丁秉均,王苗.W-Cu合金深冷处理及其组织性能研究[J].材料热处理学报,2004(06):44-47.
[8]	徐凯.钨铜复合材料的现状与发展[J].中国钨业,2010(03):30-34.
[9]	Rape A;Chanthapan S;Singh J et al.Engineering chemistry of Cu-W composites sintered by field-assisted sintering technology for heat sink applications[J].Journal of Materials Science,2012,46(01):94-100.
[10]	YS/T 449-2002.铜及铜合金铸造和加工制品显微组织检验方法[S].北京:中华人民共和国有色金属行业标准出版社,2003.
[11]	材料物性数据库[DB/OL].http://www.matweb.com/
[12]	Chapa J.;Reimanis I. .Modeling of thermal stresses in a graded Cu/W joint[J].Journal of Nuclear Materials: Materials Aspects of Fission and Fusion,2002(2/3):131-136.
[13]	戴锅生.传热学汇[M].北京:高等教育出版社,1999
[14]	刘庄;吴肇基;吴景之.热处理过程的数值模拟[M].北京:科学出版社,1996
[15]	凌云汉,周张键,李江涛,杨大正,葛昌纯.超高压梯度烧结法制备W/Cu功能梯度材料[J].中国有色金属学报,2001(04):576-581.
[16]	孙祥鸣,宋月鹏,高东升,李江涛,陈义祥,许令峰,郭晶,郭世斌,赵培.CuO-Al铝热体系超重力熔铸W-Cu梯度复合材料[J].复合材料学报,2013(04):136-141.
[17]	WANG L L;Munir Z A;Maximov Y M .Review thermite reactions:their utilization in the synthesis and processing of materials[J].Journal of Materials Science,1993,28(14):3693-3708.

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