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颗粒材料特性对冷喷涂撞击行为影响的模拟研究

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金属学报 2008年第11期44卷 1286-1291页

作者：周香林苏贤涌崔华郭辉华巫湘坤张济山北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用有限元数值计算方法研究了冷喷涂过程中Cu,Al及Ni合金和Ti合金颗粒与Cu基板的碰撞变形行为,探讨了颗粒的材料特性对其碰撞基板后的变形行为和结合行为的影响.结果表明,与基板相比,有效塑性极限大于衬底的金属颗粒易发生绝热剪切失稳... 详细信息

采用有限元数值计算方法研究了冷喷涂过程中Cu,Al及Ni合金和Ti合金颗粒与Cu基板的碰撞变形行为,探讨了颗粒的材料特性对其碰撞基板后的变形行为和结合行为的影响.结果表明,与基板相比,有效塑性极限大于衬底的金属颗粒易发生绝热剪切失稳,此时,基板不发生失稳,并释放积攒的变形能,使颗粒发生回弹现象.有效塑性极限小于衬底的金属颗粒不发生绝热剪切失稳,其积攒的变形能在碰撞后期释放,促进了基板的失稳.

关键词：冷喷涂数值模拟绝热剪切失稳有效塑性极限

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锂离子电池浆料狭缝式涂布初期流场模拟研究

电源技术 2018年第4期42卷 500-503页

作者：巫湘坤北京七星华创电子股份有限公司北京100016

锂离子动力电池极片涂布过程具有浆料粘度大、涂层厚、基材薄、精度要求高等特点,目前广泛采用狭缝挤压式涂布技术。采用实验和流体力学有限元分析方法对锂离子电池负极浆料在铜箔基材上的狭缝式涂布初期流场进行分析,结果表明模拟得到... 详细信息

锂离子动力电池极片涂布过程具有浆料粘度大、涂层厚、基材薄、精度要求高等特点,目前广泛采用狭缝挤压式涂布技术。采用实验和流体力学有限元分析方法对锂离子电池负极浆料在铜箔基材上的狭缝式涂布初期流场进行分析,结果表明模拟得到的涂层厚度与实验结果吻合,说明计算模型可靠。当浆料入口速度为0.035 m/s时,外流场区域被基材带走的浆料能及时得到补充,上流道和下流道均能在最短的时间内稳定,这是最佳的涂布操作工艺范围。

关键词：锂离子电池狭缝式涂布有限元模拟

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多颗粒沉积模型预测铜和铝冷喷涂层微观形貌

北京科技大学学报 2012年第12期34卷 1391-1399页

作者：巫湘坤周香林崔华张济山北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 北京七星华创电子股份有限公司北京100015 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用有限元软件ANSYS/LS--DYNA建立了15个颗粒与基板的冷喷涂沉积模型,通过多颗粒沉积模型预测工艺条件、不同颗粒/基板组合的沉积行为和微观形貌;制备了Al和Cu冷喷涂涂层,观察了涂层截面形貌和颗粒变形特征,并与模拟结果进行对比.结果... 详细信息

采用有限元软件ANSYS/LS--DYNA建立了15个颗粒与基板的冷喷涂沉积模型,通过多颗粒沉积模型预测工艺条件、不同颗粒/基板组合的沉积行为和微观形貌;制备了Al和Cu冷喷涂涂层,观察了涂层截面形貌和颗粒变形特征,并与模拟结果进行对比.结果表明,多颗粒沉积模型可预测喷涂条件对颗粒沉积过程及涂层微观特征的影响,以及不同颗粒/基板组合的界面微观形貌.当碰撞速度低时,颗粒变形不充分,颗粒交界处易形成孔洞;随着速度增加,颗粒流变填充孔洞,涂层致密.与颗粒相比,硬基板涂层/基板界面平滑,机械互锁作用小;软基板形成射流状金属挤入颗粒之间,增加结合作用.

关键词：喷涂涂层微观形貌计算机模拟有限元法沉积界面

冷喷涂中氮和氦混合气体对颗粒加速作用的模拟研究

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材料工程 2010年第8期38卷 12-15页

作者：巫湘坤周香林王建国张济山北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

采用FLUENT软件数值模拟氮和氦混合气体在拉伐尔喷管内对颗粒的加速过程,并与一维等熵定常流动理论值进行比较,同时研究混合气体中氦气含量对喷管出口处气体以及颗粒的速度和温度的影响。结果表明:喷管中气体参数的模拟值和一维理论值... 详细信息

采用FLUENT软件数值模拟氮和氦混合气体在拉伐尔喷管内对颗粒的加速过程,并与一维等熵定常流动理论值进行比较,同时研究混合气体中氦气含量对喷管出口处气体以及颗粒的速度和温度的影响。结果表明:喷管中气体参数的模拟值和一维理论值比较吻合,可以预计颗粒的出口参数,指导冷喷涂工艺。随着混合气体中氦气含量的升高,气体和颗粒的出口速度不断提高,温度不断降低,但速度和温度的变化率不断减小,在氮气中加入少量氦气可以提高气体和颗粒的出口速度,同时避免了全部使用氦气加速时的高成本。

关键词：冷喷涂混合气体拉伐尔喷管数值模拟

高韧性高导电PTFE基干法自支撑膜技术研究

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储能科学与技术 2024年

作者：高桂红李珅珅张薇梁圣杰韩甜巫湘坤郑州中科新兴产业技术研究院河南省储能材料与过程重点实验室龙子湖新能源实验室中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京重点实验室

基于聚四氟乙烯可纤维化的特性，先将原材料预纤维化形成均匀的混合物后经热辊压的方法制备了干法自支撑膜。通过此方法制备的干法膜片厚度达到120-200μm，负载量达到36-60mg/cm2，面载量7.26-12.11mAh/cm2，是目前商业化湿法电极面载... 详细信息

基于聚四氟乙烯可纤维化的特性，先将原材料预纤维化形成均匀的混合物后经热辊压的方法制备了干法自支撑膜。通过此方法制备的干法膜片厚度达到120-200μm，负载量达到36-60mg/cm2，面载量7.26-12.11mAh/cm2，是目前商业化湿法电极面载量的2-4倍左右；膜片的表面、截面扫描电镜显示原颗粒状的聚四氟乙烯粘结剂在混合和热压过程被充分的纤维化，制备过程中形成的纳米纤维状粘结剂在电极膜中均匀分布，聚四氟乙烯纤维丝、导电剂广泛地围绕在活性颗粒的周围，并在膜片内形成充裕的“3D”网状结构；膜片具有良好的亲液性能，测量的光学接触角介于97°-112°之间；此膜电极片具有较强的机械性能，最大拉断力为2.64MPa，膜片伸长率高达34.64%，较好的力学性能完全可以应用于卷绕等工序中保持膜片的完整性；膜片具有低至13.58mΩ·cm的电子电阻率；200μm的超厚电极0.05C充放电的首次充放电效率为87.51%，放电比容量为209.60mAh/g，1C倍率下放电克容量最高为160 mAh/g。通过本研究认为聚四氟乙烯纤维化技术推进低成本规模化电极制备技术是可行的，为能源的高效利用提供了可靠的解决方案。

关键词：干法技术自支撑膜聚四氟乙烯高韧性高导电

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几种金属基板上冷喷涂铜涂层的试验与模拟

材料热处理学报 2009年第6期30卷 158-163页

作者：郭辉华周香林巫湘坤崔华刘敬春张济山北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用自主研制的冷喷涂设备在三种典型基板上进行喷涂试验,相同的工艺参数下,在铜和铝基板上得到良好的铜涂层,而在钢基板上则没有沉积。实验结果表明:涂层与基板界面、涂层内部颗粒界面结合良好,铜涂层组织致密,显微硬度高达150HV0.1;... 详细信息

采用自主研制的冷喷涂设备在三种典型基板上进行喷涂试验,相同的工艺参数下,在铜和铝基板上得到良好的铜涂层,而在钢基板上则没有沉积。实验结果表明:涂层与基板界面、涂层内部颗粒界面结合良好,铜涂层组织致密,显微硬度高达150HV0.1;从涂层表面形貌扫描电镜(SEM)照片中可以观察到射流状的金属,说明颗粒发生了巨大变形,经计算知颗粒在碰撞中压缩率达69%;粉末和涂层的X射线衍射(XRD)结果表明铜粉末在冷喷涂过程中没有发生氧化。同时,数值模拟了铜颗粒与三种基板的碰撞过程,讨论了形成有效结合的判断准则,根据该准则,计算出铜颗粒在铜、铝、钢基板上的临界沉积速度分别为600m/s,500m/s,800m/s,从而解释了铜颗粒在三种基板上不同的沉积行为。

关键词：冷喷涂铜涂层显微结构碰撞模拟

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二元导电剂对锂浆料电池性能的影响

储能科学与技术 2023年第11期12卷 3299-3306页

作者：高桂红刘福园李珅珅巫湘坤刘艳侠郑州中科新兴产业技术研究院河南省储能材料与过程重点实验室河南郑州450003 中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京重点实验室北京100190

电子传导是以悬浮液为电极的锂浆料电池性能受限的关键因素之一,本工作以碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Gen)新型导电剂与科琴黑(KB)、卡博特炭黑(Cabot)传统导电剂不同比例混配成二元导电剂,通过电子扫描显微镜观察、浆料的沉降率、电导率、... 详细信息

电子传导是以悬浮液为电极的锂浆料电池性能受限的关键因素之一,本工作以碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Gen)新型导电剂与科琴黑(KB)、卡博特炭黑(Cabot)传统导电剂不同比例混配成二元导电剂,通过电子扫描显微镜观察、浆料的沉降率、电导率、电化学阻抗谱、电化学性能测试等方法研究了二元复合导电剂对锂浆料电池性能的影响。研究结果表明:CNTs缠绕在活性颗粒的表面形成较多的导电位点,炭黑又围绕在活性颗粒及CNTs周围形成覆盖面更广导电路径,炭黑还附着在Gen表面,提高其垂直方向的导电能力,但Gen具有团聚、分散不均匀的现象;含Gen的浆料起始沉降速度低,且吸液保液能力好,沉降率长期稳定在3.10%;复合导电剂1%Cabot+0.3%CNTs的浆料电导率高达124.75 mS/cm,半电池的电化学转移阻抗仅有42Ω,其放电比容量为171.06 mAh/g,首次充放电效率高达86.01%,循环230次后容量保持率仍有92.78%。

关键词：二元复合导电剂锂浆料电池电性能

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颗粒级配对锂浆料电池性能的影响

储能科学与技术 2023年第2期12卷 329-338页

作者：高桂红李珅珅刘福园巫湘坤刘艳侠郑州中科新兴产业技术研究院河南省储能材料与过程重点实验室河南郑州450003 中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京重点实验室北京100190

利用大小颗粒之间的填充效应,本文设计了2种粒径的活性颗粒组成7种级配体系,并系统研究了其浆料的性能。借助激光粒度仪、电导率仪、比表面测试仪、扫描电子显微镜、沉降测试和电化学测试等手段分析了样品粒度分布、比表面积、颗粒形貌... 详细信息

利用大小颗粒之间的填充效应,本文设计了2种粒径的活性颗粒组成7种级配体系,并系统研究了其浆料的性能。借助激光粒度仪、电导率仪、比表面测试仪、扫描电子显微镜、沉降测试和电化学测试等手段分析了样品粒度分布、比表面积、颗粒形貌、浆料的电导率、沉降率、电化学阻抗谱和充放电性能。结果表明,所有级配粒径分布均呈单峰接近正态分布;级配颗粒属于大孔或者无孔材料;小颗粒是典型的单晶结构,大颗粒由球形大颗粒构成,3∶7和0∶10样品扫描电子显微镜图显示大粒径周围被小粒径和导电剂包围着,形成了完整连续的三维导电网络;大颗粒组成的浆料电导率为41.80 mS/cm,小颗粒组成的浆料电导率高达123.39 mS/cm;3∶7样品浆料的沉降率和沉降速率最小,颗粒级配更接近Fuller最密充填粒度分布经验曲线;3∶7和5∶5样品0.1 C的放电比容量分别达到194.88 mAh/g和187.38 mAh/g,实际比容量发挥分别高于商业典型值10%、5%以上,首次充放电效率高达90.54%、87.96%。此外,3∶7样品电池还表现出最优异的循环性能,经循环250次后,容量保持率为83.63%。总之,级配为3∶7样品的颗粒填充效应得到充分发挥,表现出最优异的性能。本文提供了最佳比例的颗粒级配设计比,为优异性能的颗粒级配提供重要参考。

关键词：粒径级配锂浆料电池富勒级配曲线

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非晶合金颗粒高速撞击过程及破碎行为的模拟

材料热处理学报 2011年第2期32卷 146-150页

作者：牟赛杰周香林巫湘坤王建国张济山北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金颗粒在几种撞击条件下的破碎行为进行了模拟研究,计算了颗粒失效破碎的临界速度,为非晶合金气流粉碎工艺提供参考。结果表明,尺寸20μm的颗粒撞击碳化硅基板... 详细信息

利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金颗粒在几种撞击条件下的破碎行为进行了模拟研究,计算了颗粒失效破碎的临界速度,为非晶合金气流粉碎工艺提供参考。结果表明,尺寸20μm的颗粒撞击碳化硅基板与撞击钢基板时所需的破碎速度接近,但前者颗粒只在其接触区域附近发生少量局部破碎,后者颗粒沿撞击轴向断裂。尺寸20μm的颗粒之间碰撞时所需的相对破碎速度约为341 m/s;被撞颗粒尺寸固定时,临界破碎速度随撞击颗粒尺寸增加先增加,在两颗粒尺寸相同时达到最大值,然后再减小;尺寸不同的两个颗粒撞击时小颗粒破碎比大颗粒严重;颗粒之间撞击破碎效果又好于颗粒与基板撞击。

关键词：非晶合金颗粒高速撞击破碎行为模拟