润湿性及孔径均匀性对铜液在多孔W骨架中渗流过程的影响.pdfVIP

第42卷 第4期 稀有金属材料与工程 、，01．42．NO．4 2013 2013年 4月 RARE~ⅢTALMATERIAI，SANDENGINEERⅡ畸GA埘l 润湿性及孑L径均匀性对铜液在多孔 W骨架中渗流过程的影响 白艳霞1，一，梁淑华1 (1．西安理工大学，陕西西安710048) (2．榆林学院，陕西榆林719000) 摘 有限体积法分析制备Cuw合金的渗流过程。模拟结果表明：cu．w间的润湿性越好，则铜液流股中心流速越大，但铜液在 骨架壁面的黏附越强，从而有利于铜液与壁面接触而产生机械结合。此外，渗流通道中由于孔径不均匀引起的扩孔与缩孔 转变导致铜液在孔隙中形成漩涡， 促使cuw合金中产生气孔，从而降低铜液的充填率。 关键词：cuw合金：w骨架：渗流；润湿性 中图法分类号：TGl39+．5；TGl46．4+1l文献标识码：A 文章编号：1002．185x(2013)04一0730-06 cuw合金兼具良好的导电、导热性及高的强度、 流动规律。这些研究均表明熔体在微通道中表现出与宏 硬度，被广泛应用于高压电触头领域。熔渗法是目前制 观领域不同的微观效应，特别是孔隙形态复杂、喉道细 备CuW合金应用最为广泛的方法[I，2】。CuW合金的熔小、比表面大的多孔介质，流体在孔隙中的流动规律明 渗制备过程属于无压熔渗，即铜液在毛细管力作用下 显不同于直通道孔隙介质内的流动[15】。可见，在CuW 渗入w骨架孑L隙形成cuw假合金。近年来，随着工程合金的熔渗制备过程中，结合W骨架的孔隙结构分析 应用对CuW合金性能要求的不断提高，为了用熔渗法 cu—w间的润湿性对渗流过程的影响尤为重要。然而， 制备高性能的合金材料，对cuW合金熔渗过程的实验 对同时考虑熔渗过程中熔体金属与骨架材料的表面性 研究已经从宏观角度深入到微观领域[3‘71。在合金的熔质及骨架构型的模拟研究当前还未见报道。本文采用 渗制备过程中，相之间的润湿性对合金的致密度以及 voronoi随机算法建立多孔结构的微尺度W骨架孔隙模 相界面的结合状态有较大影响，直接影响合金的使用性 型，分析Cu．w间的润湿性及孔径均匀性对铜液在W 骨架孔隙中的渗流状态及流场分布的影响，进一步揭示 能【8】。文献[9，10]分析了在铜液中添加Fe、Co等合金元 素或施加电场后，铜液与W基体的接触角减小且铺展 熔渗过程的内在机理。 速率加快，因此推论出良好的润湿性有利于铜液在w 1 计算模型 骨架中的渗流。 在熔渗过程中，铜液的流动特征受Cu—W间润湿性 熔渗所用的W骨架由若干4～6岬的钨颗粒烧制而 影响的同时，也受W骨架孔隙结构的控制。由于熔渗 成，其内部孑L隙形貌复杂，孔径不等且孔隙形状不规则， 过程处于高温状态，无法实时跟踪观测与分析，导致 如图1a所示。为了形象地描述其微观形貌，采用voronoi Cu．W间润湿性对渗流过程的影响仅限于宏观的座滴法 算法建立随机的W骨架孔隙模型，如图1b所示，其中 进行评价[111。目前，数值模拟因为可直观地呈现和预测 网格部分为孔隙，白色部分表示W骨架。 流体在介质中的流动状态已经被广泛应用于生物、医学 K。 假设熔渗过程为等温过程，熔渗温度为1593 领域中的微通道流动研究[121，关于熔融金属在微观领域 采用压力边界条件，入口处：仁Pin，仁五。；出口处： 的渗流模拟研究也有所涉及。ELacoste等[13】采用单孔