金属异质界面对微波烧结扩散影响的在线实验和相场模拟联合分析

摘要

合金材料具有优异的力学性能和广泛的应用范围,与传统方法相比,利用微波制备合金具有明显的优势。为了探索合金材料的微波烧结机制,本文采用合金领域关注度较高的Ti和Al混合金属样品,利用在线实验方式获得了样品在微波烧结时的微观结构演化结果。和单质Ti和单质Al对比发现,混合Ti-Al样品的烧结温度明显降低,烧结速率显著增加。由上述现象分析认为,Ti和Al之间形成了金属间化合物,由于该化合物和单质金属电导率不同,导致界面极化现象的产生。极化损耗导致界面处温度升高,提高了界面物质的扩散速度。同时,由于界面处物质扩散加剧,大量原子向烧结颈聚集,造成空位向晶界扩散。过饱和的空位被晶界上的位错歼灭,在该处生成牵引力,促使相邻颗粒之间产生对心刚体运动。利用理论分析的结果,在相场数值模拟中同时引入多种扩散机制和刚体运动项,修正密度场控制方程,并拟合烧结颈等微观结构参数随模拟时间的演化曲线。曲线和实验结果基本一致,进一步验证了混合金属与微波产生了特殊作用,即驱动物质扩散的热效应和促使颗粒间向心运动的作用力。上述结果可为研究合金体系在微波烧结过程中的演化机制提供支持。