【摘要】：藕狀多孔銅是應用定向凝固法制備的多孔金屬結構,在制備過程中定向凝固與金屬-氣體共晶反應相結合,這使得藕狀多孔銅氣孔呈圓柱狀,且沿凝固方向定向排列于銅基體中,氣孔結構平直均勻,內壁光滑等,藕狀多孔銅獨特的結構特點使其能夠用來制備各種特殊的微通道熱沉,在散熱領域具有重要的應用前景。本文采用Gasar工藝制備藕狀多孔銅,從理論和實驗上分析研究了工藝參數對藕狀多孔銅氣孔形貌和結構參數的影響,并且對工藝參數進行優(yōu)化。拉速對藕狀多孔銅氣孔形貌、氣孔生長方向以及相應多孔結構參數有重要影響,這主要與不同拉速下凝固界面形貌差異有關,只有合適的拉速條件才能使凝固界面以平界面方式推進,從而獲得氣孔較為平直生長的優(yōu)質藕狀多孔銅。在本實驗條件下0.7mm/s為合適的抽拉速率。當拉速變大時,藕狀多孔銅鑄錠的平均孔徑、通孔率和氣孔平均孔長均逐漸降低,但氣孔率基本保持不變。采用非破壞性納米CT掃描技術對藕狀多孔銅結構進行CT掃描及三維重構。對藕狀多孔銅的三維結構進行分析,特別是對氣孔形核變化進行觀察和研究,闡明拉速對形核和氣孔形態(tài)、分布的影響。通過研究我們發(fā)現藕狀多孔銅的形核并不是從最初液態(tài)金屬凝固開始的,只有在凝固界面處熔體中氫氣達到一定過飽和度才開始形核。氫氣泡形核主要受凝固界面處熔體中氫氣過飽和度和凝固速度的影響,凝固初期,凝固速度大,短時間內,只要氫的濃度達到臨界值后,氣泡便大量形核。隨著凝固的進行,固-液界面與水冷銅結晶器的距離增加,受到的激冷作用減弱,凝固速度降低,氣體的擴散距離增加,氣孔的形核數目減小。對于制備的藕狀多孔銅結構而言,單位體積內氣孔形核數目隨拉速的增大而增加,在拉速0.55mm/s、0.7mm/s下制備的多孔銅錠形核數目更快的趨于穩(wěn)定,多孔銅氣孔結構更加均勻。當拉速增加時,單位體積內新氣孔的形核數目增加,氣孔的平均直徑減小,氣孔的分布均勻性下降。
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.11;TB383.4
【圖文】：

沈陽工業(yè)大學碩士學位論文氣體共晶定向凝固工藝氣體共晶定向凝固原理孔金屬是基于固-氣共晶反應及定向凝固過程進行制備的，如圖圖，在實驗過程中，金屬在密閉的高壓容器中熔化并達到相應溫一段時間使氣體溶于熔體中且達到飽和，由于氣體在固相和，在金屬熔體冷卻凝固過程中，氣體在固-液界面處析出，與固有規(guī)則圓柱形長孔排列的藕狀多孔金屬結構。這種由液相中同反應與傳統(tǒng)的共晶反應相似，得到的規(guī)則的藕狀多孔結構與共

Chiba 研究了水冷條件下幾種熱沉結構的換熱能力[17]，發(fā)現藕狀多孔銅用作熱沉時換熱系數為 8W/(cm2·K)，散熱效果要遠遠優(yōu)于微通道及傳統(tǒng)翅片式熱沉。Du 對不同孔徑和氣孔率的藕狀多孔銅散熱的研究表明[18]，藕狀多孔銅的散熱性能隨氣孔率的增加而增加。合適的多孔銅孔徑使得散熱性能達到最佳；當孔徑減小時，結構比表面積增加，散熱效果提高。陳海峰與勵精圖治分別用水和液態(tài)金屬作為冷卻介質[19,20]，進行了散熱測試，此外勵精圖治研發(fā)了使用藕狀多孔銅散熱器作為臺式電腦 CPU 散熱的工程樣機，發(fā)現使用水及液態(tài)金屬為冷卻工質時，藕狀多孔銅熱沉的散熱效果要優(yōu)于微通道熱沉。1.2.3 藕狀多孔銅制備方法國內外主要的制備藕狀多孔結構的工藝有：普通模鑄法，連續(xù)區(qū)域熔化法，連續(xù)鑄造法，離心鑄造法等。普通模鑄法是最早應用于制備藕狀多孔結構的方法，根據澆注方式不同，分為漏包法、傾包法以及翻包法，如圖 1.2 所示。

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本文編號：2719413