陶瓷烧结过程孔隙演化的二维相场模拟

采用二维相场模型模拟陶瓷烧结过程中颗粒间孔隙的演化过程.选取四方堆积颗粒间气孔作为对象.通过连续的密度场和长程取向场（LRO）描述烧结体的微结构,密度场的演化由Cahn-Hillard（CH）方程控制,而颗粒的取向场演化由时间相关的Ginzburg-Laudau（TDGL）方程控制.上述非线性演化方程利用半隐傅立叶频域法求解.模拟结果反映了颗粒间接触,烧结颈生长和气孔球化的微观过程.量化计算烧结颈生长率以及在不同晶界和表面迁移率比值时的烧结率,较好地符合理论分析的趋势.     

晶粒生长过程的相场模型研究进展

材料微观组织很大程度上决定了其宏观物理力学性能,采用相场模型来模拟多晶材料体系的晶粒生长已成为国内外研究微观组织的热点之一.相场模型的核心在于引入一系列保守场和非保守场变量来表述微观组织的空间分布.详细介绍了场变量模型的基本原理和数值计算方法,综述了相场模型在晶粒长大模拟中的最新进展,提出了相场法在微观组织模拟中存在的问题及今后研究的方向.     

碳化硼固相烧结微观结构演化的同步辐射CT观测

利用同步辐射CT (SR-CT) 技术,在碳化硼陶瓷样品烧结过程中对其进行实时投影成像,并应用滤波反投影算法和数字图像处理技术,得到了样品在整个烧结过程中内部微结构演化的二维和三维重建图像,实现了对陶瓷固相烧结过程实时、无损的观测.通过重建图像清晰观测到了陶瓷样品在烧结三个阶段中颗粒接触、烧结颈形成、晶粒和气孔长大、气孔球化并收缩等烧结现象;统计了样品在不同烧结时刻的孔隙率,得到了孔隙率随烧结时间和烧结时间对数的变化曲线,并根据曲线分析了样品在不同烧结时刻致密化速率的变化,得到了烧结中期孔隙率和时间对数的线性关系.实验结果和现有烧结理论相吻合,并为进一步完善烧结理论以及建立扩散和本构模型提供了有效的实验数据.     

微波场中BaTiO3陶瓷的烧结及施、受主掺杂对晶粒生长的影响

采用ＴＥ１０３单模腔微波炉烧结ＢａＴｉＯ３陶瓷,对微波与陶瓷材料相互作用机制进行了探讨,分析了ＶａＴｉＯ３陶瓷微波烧结过程中各损耗随温度的变化规律;同时,分别在体系中引入受主杂质Ｃｒ＾３＋和施主杂质Ｎｂ＾３＋,研究微波场中杂质浓度对钛酸钡陶瓷晶粒生长的影响。     

强制对流作用下多晶粒生长的相场模拟

采用Tong和Beckermann等提出的耦合流场相场模型对纯镍凝固中多晶粒枝晶的生长过程进行模拟,研究了多晶粒枝晶的生长形貌和温度分布.结果表明,熔体流动显著改变凝固前沿的传热,从而影响枝晶生长.受熔体流动和多晶粒之间相互影响的共同作用,枝晶在4个最优生长方向上的形貌呈现不对称;熔体流动还改变了枝晶的水平最优生长方向,使得水平主枝向上游倾斜;此外,二次枝晶出现径向熔化和轴向熔化等粗化方式.     

钛酸钡系PTCR半导体陶瓷烧结过程的计算机模拟 Ⅱ.烧结中后期及奥氏熟化过程中的晶粒生长

对Monte-Carlo计算机模拟法的Q－States Potts模型进行了修正,用于模拟BaTiO3系PTCR半导体陶瓷烧结中后期的晶粒生长和奥氏熟以及液相性质对晶粒生长的影响。模拟结果表明：在含有液相的二相系统,钛酸钡半导瓷样品在1240℃附近体积收缩率基本上达到最大值,以后的保温阶段是在液相控制下的晶粒生长和致密化过程,这和大多数实验结果是一致的。     

非定向凝固高温合金叶片晶粒组织的二维模拟

论述了几年来发展起来的非定向凝固高温合金叶片熔模铸造过程中晶粒组织形式的计算机二维模拟方法，包括凝固过程中晶粒组织形成的物理模型，模拟中所采用的二维胞状自动机（CA）技术。     

退火过程中晶粒生长的二维计算机模拟

由于多晶体材料中晶粒取向不同,对晶粒的生长产生影响．本文以蒙特卡罗（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）方法为基础,通过对Ｐｏｔｔｓ算法的改进,建立快速的Ｐｏｔｔｓ算法,实现了对多晶材料在退火中晶粒生长过程的结构演化的计算机模拟和统计分析．与以前的模拟过程相比,计算量减少,逼真度较高．生长指数的模拟值约为１／３,与正常晶粒拓朴演化和理论分析的生长动力学相符合．     

用相场方法模拟镍的枝晶生长

采用相场模型,计算了纯镍的过冷溶液在凝固过程中的枝晶生长。在相场方程中,采用均匀网格的一般显示有限差分方法求解,通过数值模拟显示了枝晶的形貌,包括一次臂、二次臂,以及在枝晶生长过程中出现的“缩颈”现象。     

相场法模拟Zn-Al二元合金凝固过程中的枝晶生长

建立了与温度场和溶质场相耦合的 Zn-Al 二元合金枝晶生长的相场模型,用相场法模拟了枝晶形貌及生长过程。通过分析得到的图像,研究了各向异性强度系数、界面动力学系数以及界面能对枝晶生长形貌和枝晶尖端生长速度的影响。结果表明：随着各向异性强度系数的增大,枝晶生长速率增加,且容易出现二次支臂。此外,界面动力学系数和界面能的增大也会不同程度地加速枝晶生长速率并对二次支臂的产生有着较为明显的促进作用。     

各向异性条件下晶粒长大过程的相场法模拟

引入与时间有关的取向错配场变量,模拟了晶界能各向异性条件下晶粒长大的演化行为.模拟结果表明,与晶界能各向同性系统相比,随演化时间的延长,晶界能各向异性延迟晶粒的生长,使得晶粒的平均面积呈非线性变化;在相同的演化时间下,各向异性系统的晶粒尺寸分布比各向同性系统宽;晶界边数少的晶粒所占的比例明显增加;进入准稳态后,各向异性和各向同性系统中的晶粒相对尺寸分布随时间皆无明显变化.     

金属增材制造中微观组织相场法模拟研究进展

金属增材制造技术是近30年发展起来的一项具有战略意义的先进制造技术。目前对增材制造的研究主要集中在制造装备与控制系统研发、产品性能测试等方面,对构件内微观组织的形成以及宏微观结构性能的关系研究较少。本文简要介绍了金属增材制造发展现状以及在微观组织演化方面研究的不足,揭示了微观组织演化研究的重要性和迫切性。针对相场法的基本原理和优势,着重分析相场法应用于金属增材制造中的模型选取、非材料物性参数的确定等问题及解决方法,从相场数值模拟的角度来探讨工艺参数对微观组织的影响。文章最后指出利用相场法模拟金属增材制造过程中微观组织演化符合未来的发展趋势。     

雾化气体淬火过程耦合流场数值模拟及实验研究

运用计算流体动力学(CFD)的方法在FLUENT平台上建立雾化气体淬火的三维非稳态模型,对介质不同速度工况下淬火过程中试件温度场、流体速度场、流体温度场和流体压力场进行了流固热耦合数值模拟,并将模拟结果与边界条件实验结果进行了对比分析。结果表明,同等工况下,介质进口速度越大,流体的速度也越大;同截面上200m/s速度工况下试件上下表面两区域的压力差值比100m/s速度工况下大;试件放在淬火区淬火80s后,200m/s速度工况下试件的最高温度为299.5℃,100m/s速度工况下试件的最高温度为336℃,由此得出淬火介质进口速度越大,淬火试件的温度下降越快,试件冷却速度越快,冷却效果越好。     

5083铝合金的热变形组织演变及晶粒度模型

通过等温压缩实验、光学显微镜与透射电镜研究了变形温度300~450℃、应变速率0.01~1s-1、真应变0.36~1.2范围内变形条件对5083铝合金热变形组织演变的影响。结果表明:升高热变形温度或降低应变速率均可促进5083铝合金的动态再结晶发生,使变形后5083铝合金位错密度降低,再结晶晶粒尺寸增大;随着应变量的增加,变形后合金的位错密度降低,动态再结晶程度增大。根据唯象理论的指数模型,利用线性回归方法建立了5083铝合金动态再结晶晶粒度模型,模型计算值与实测值吻合良好,平均相对误差仅为4.6%。     

Multiphysics Simulation and Experimental Investigation of the Densification of Metals by Spark Plasma Sintering

Multivariant experimental investigations and multiphysics microstructural modeling of the spark plasma sintering process of metallic powders have been performed up to a relative density of approximately 80%. In comparison, the effect of sintering temperature, pressure, and particle size on the interparticle contact area growth and axial shrinkage of cylindrical specimens of copper and nickel particles is measured in laboratory scaled tests. Herein, for the first time all relevant for sintering phenomena are considered simultaneously: the fully coupled thermo-electro-mechanical modeling of the spark plasma sintering processes, additionally taking into account for lattice, grain boundary, surface diffusion, electromigration, and thermomigration, has been carried out. The computational analysis of various physical phenomena allows to identify dominant and insignificant mechanisms. The two-level numerical simulation includes the modeling of the sintering setup at the macroscopic level and the neck formation process in particle chain systems at the microscopic level. The results of the numerical simulations show a very good agreement with the experimental data. Therefore, the impact of electrical and mechanical loads as well as of particle size on microscopic distribution of temperature, inelastic strain, and on densification has been studied by the finite element simulations.     

晶体相场模型的研究进展

晶体相场方法是一种能在原子尺度和扩散时间尺度模拟材料微观结构演化的新方法,它能够自洽地耦合弹塑性形变和多重晶粒位向,并能用于模拟与此相关的很多物理现象。从晶体相场模型与经典密度泛函理论之间的关系出发,详细论述了晶体相场模型的一些新进展,包括八阶拟合晶体相场模型、双模数晶体相场模型和幅值方程模型等。还描述了晶体相场方法在异质外延、多晶凝固和位错迁移等方面的应用,并展望了其未来的应用前景。