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金属-气体共晶定向凝固,也被称为Gasar,是一种制备藕状多孔金属的新工艺。由该工艺制备的藕状多孔材料的内部气孔呈圆柱状,且沿凝固方向定向排列于金属基体中。这样的孔隙结构使得藕状多孔金属比传统的多孔材料具有更为优异的力学、声学、热学和电学等性能,在大分子过滤器、自润滑轴承、催化剂载体、热交换器等诸多领域都有重要的潜在应用价值。本研究利用实验室自行研制开发的Gasar模铸装置,制备了藕状多孔cu。从理论和实验上分析了氢气分压、氩气分压、熔体保温温度对藕状多孔Cu气孔率、气孔大小与分布的影响规律。研究表明气孔率受氢气和氩气分压的影响十分显著。在中高气压下,气氛为纯氢气时,气孔率随氢气压力PH2的增大而小；当氢气分压PH2一定时,气孔率随氩气分压PA,的增加而减小；在低气压下：当使用纯氢气时,气孔率随氢气压力PH2的增大而增大。气孔的大小与分布与工艺参数也有密切的关系。对于在纯氢气氛下制备的藕状多孔铜试样,在中高压范围内(0.2MPa-0.4MPa),随着氢气压力的增加,气孔的平均直径逐渐减小,同时气孔的分布范围变窄,分布均匀性提高；在低气压范围内(0.1MPa以内),随着氢气压力的增加,气孔的平均直径逐渐增大,分布均匀性提高。当使用氢气与氩气混合气体时,氢气分压PH2一定时,随着氩气分压的增大,气孔的平均直径减小,尺寸分布的范围和均匀性先增加后减小。在保证实验气体压力、铸型条件一致时,熔体保温温度对藕状多孔结构也有显著的影响,熔体保温温度越高,相应试样的孔径也较大。通过对Gasar凝固过程中凝固速率、气泡上浮速率进行定量表征,得出了藕状多孔结构形成的一个范围。凝固速率VS≥气泡上浮速率VG时,即可形成藕状多孔结构。利用三维重构软件Mimics,对典型工艺参数下的藕状多孔Cu的孔隙结构进行了三维重构,并获得了气孔在三维空间中的生长结构。结果表明藕状多孔金属的气孔在生长过程中存在气孔合并粗化、新形核和中断三种现象,其中气孔合并粗化是最主要的现象,贯穿于整个凝固过程中。同时根据每个切片的气孔率统计结果,分析了藕状多孔材料的通孔率。结果表明,单片的通孔率差距不大,随凝固高度的增加,通孔率每0.9mm的高度有1%左右的数值逐渐降低。