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热场作用下液滴在多孔不锈钢材料中的渗透动力学性能

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工程力学 2024年

作者：王孝义王子雄梁方玲江挺张国涛安徽工业大学机械工程学院特殊服役环境的智能装备制造国际科技合作基地安徽科技学院机械工程学院

为探究热场作用下液滴在多孔材料中的渗透性能，以多孔不锈钢材料为研究对象，建立多孔材料表面液滴渗流动力学模型。利用COMSOL仿真软件和水平集方法跟踪液滴渗透过程中两相界面的变化，分析液滴在多孔表面的渗流形态和传热性能，探讨... 详细信息

为探究热场作用下液滴在多孔材料中的渗透性能，以多孔不锈钢材料为研究对象，建立多孔材料表面液滴渗流动力学模型。利用COMSOL仿真软件和水平集方法跟踪液滴渗透过程中两相界面的变化，分析液滴在多孔表面的渗流形态和传热性能，探讨液滴在多孔材料中的渗透和铺展行为，研究多孔表面温度对液滴渗流动力学性能的影响。结果表明：孔隙结构中的毛细管压力驱使液滴在多孔材料中发生铺展和渗透现象；液滴渗透过程中，液滴铺展前沿发生流体涡流现象，涡流将底部吸热升温的流体带回液滴中心，使整个液滴内部的温度分布更加均匀，液滴的渗透性能增强；升高多孔材料表面温度或降低液滴比热容，均能提高固液两相之间的传热作用，加快多孔材料内部温升速率，进而增强液滴在多孔材料中的渗透性能。研究结果为理解液滴在多孔材料表面的渗流和传热机理提供理论依据。

关键词：热场液滴多孔材料渗透传热

VGF法磷化铟单晶炉加热器对炉内热场分布影响的研究

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人工晶体学报 2024年第5期53卷 781-791页

作者：艾家辛万洪平钱俊兵韦华昆明理工大学民航与航空学院昆明650500 中国广核新能源控股有限公司云南分公司昆明650000 云南鑫耀半导体材料有限公司昆明650503

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体,在通信、航空航天和人工智能等领域具有广泛的应用。InP单晶生长质量的优劣取决于其生长炉内热场的稳定与温控。InP晶体工业生产中广泛采用的垂直梯度凝固(VGF)法是在磷化铟单晶生长炉中构建高温... 详细信息

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体,在通信、航空航天和人工智能等领域具有广泛的应用。InP单晶生长质量的优劣取决于其生长炉内热场的稳定与温控。InP晶体工业生产中广泛采用的垂直梯度凝固(VGF)法是在磷化铟单晶生长炉中构建高温、封闭、稳定及可控的热场,但因炉内缺乏直接观测和完整的参数监测手段,利用计算机数值仿真对炉内晶体生长的温度场进行科学分析,以获取最佳的生长温控条件,俨然成为有效且重要的方法。本文基于ANSYS有限元软件及炉内元件实测参数,建立了InP单晶生长系统热场三维物理和数学模型,基于磷化铟单晶生长过程中的温度离散数据,对所建模型对比和验证,获得了与实际生产温度数据吻合良好的效果(温度偏差控制在3%以内),验证了所建模型的有效性。基于此模型,本文对生产条件下四段加热器温度波动对热场分布影响进行了探讨,并对炉内四段加热器的温度波动对炉内低温区、高温区及料管中心温度影响规律进行了研究,所得结论对揭示工业生产过程中InP单晶炉热场的分布规律及调节方法具有一定的指导意义。

关键词：磷化铟单晶垂直梯度凝固法热场数值模拟半导体晶体生长

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航发主轴球轴承喷油润滑热场分析及试验研究

机床与液压 2024年第13期 43-49页

作者：刘欢王健朱海峰张占立河南科技大学机电工程学院洛阳轴承研究所有限公司南京晨光集团有限责任公司

针对航发主轴三点接触球轴承高速运转时容易引起轴承烧伤问题，采用局部法建立轴承生热模型。基于流体两相流理论和耦合传热原理，建立轴承流固耦合模型，分析转速、供油量等对流场以及轴承温度的影响。利用航发球轴承试验机开展轴承温... 详细信息

针对航发主轴三点接触球轴承高速运转时容易引起轴承烧伤问题，采用局部法建立轴承生热模型。基于流体两相流理论和耦合传热原理，建立轴承流固耦合模型，分析转速、供油量等对流场以及轴承温度的影响。利用航发球轴承试验机开展轴承温升试验，并对仿真结果进行验证。结果表明：随着供油量的增加，轴承外圈的油量显著增加，轴承温度下降；当供油量达到1.2 L/min时，继续增加供油量冷却效果减弱；随着转速增加，轴承腔内油液减少，轴承内外圈温度均增大且内圈增幅比外圈大；随着轴向载荷增加，轴承内外圈温度均增大。试验结果与仿真计算最大误差为10.27%,验证了模型的合理性。

关键词：航发主轴球轴承局部生热法流固耦合模型热场喷油润滑

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V形耦合双热源自熔焊接热-力分布特征

稀有金属 2024年第4期48卷 529-538页

作者：强伟王克鸿彭勇袁银辉路永新董会西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安710065 南京理工大学受控电弧智能增材技术工业与信息化部重点实验室江苏南京210094 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

通过数值模拟研究了V形耦合双热源焊接和单热源次序焊接T形接头的热场与力场特征,对比了不同电流下V形耦合双热源焊缝的几何特征参数变化,并分析了其气孔产生机制和微观组织特征。结果表明,V形耦合双热源焊接的热循环曲线为“单峰”状,... 详细信息

通过数值模拟研究了V形耦合双热源焊接和单热源次序焊接T形接头的热场与力场特征,对比了不同电流下V形耦合双热源焊缝的几何特征参数变化,并分析了其气孔产生机制和微观组织特征。结果表明,V形耦合双热源焊接的热循环曲线为“单峰”状,而单热源次序焊接的热循环曲线为“双峰”状;单热源次序焊接测点的最高温度较V形耦合双热源焊接低16℃,而V形耦合双热源焊接的冷却速度高于单热源次序焊接。T形接头耦合双热源焊接的翼板纵向残余应力呈对称M状分布,近缝区为拉应力,远缝区为压应力,腹板顶部为压应力,底部为拉应力;T形接头单热源次序焊接的纵向残余应力分布规律与耦合双热源焊接类似,但翼板的纵向残余应力呈非对称M状分布。耦合双热源焊缝截面的几何特征参数与电流呈正相关,T形接头顶端部位易产生密集气孔缺陷,焊缝组织主要由α-Al,β(Al_(3)Mg_(2))和Mg_(2)Si相组成。

关键词： V形耦合双热源焊接单热源次序焊接 T形接头热场力场微观组织

多场调控金属激光增材制造研究现状与展望（特邀）

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中国激光 2024年第10期 99-121页

作者：高海瑞李继康张振武郑可盈向泓澔魏青松华中科技大学材料科学与工程学院

激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形，在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是，高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场，导致飞溅、球化、气孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的... 详细信息

激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形，在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是，高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场，导致飞溅、球化、气孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的微观性能，影响了该技术更广泛的应用。光束矫形和场辅助原位调控激光增材制造过程是控制缺陷产生的有效方法。综述了国内外在光束矫形以及热、磁和超声多场调控金属激光增材制造领域的研究进展，重点揭示外场-激光-材料-组织-性能间的作用机理，并对多场调控金属激光增材制造未来发展进行了展望，可为金属激光增材制造的高性能调控提供有益参考。

关键词：激光技术激光增材制造光束矫形磁场热场超声场

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直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望

材料导报 2024年第9期38卷 5-17页

作者：王正省任永生马文会吕国强曾毅詹曙陈辉王哲昆明理工大学冶金与能源工程学院东京大学材料工程学院合肥工业大学计算机与信息学院北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

碳达峰、碳中和理念提出后，太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。单晶硅作为主要的光伏材料，其质量决定着太阳能电池效率的高低，为了降低成本和提高产能，人们对单晶硅提出越来越高的要求。直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法，... 详细信息

碳达峰、碳中和理念提出后，太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。单晶硅作为主要的光伏材料，其质量决定着太阳能电池效率的高低，为了降低成本和提高产能，人们对单晶硅提出越来越高的要求。直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法，其生产效率高，可实现自动化，直拉单晶硅市场占比超过90%,目前正朝着大尺寸、N型、薄片化、低氧低碳的方向发展。然而随着晶棒尺寸增大，热场变化更加复杂，现有CZ工艺难以满足市场需求。未来降低度电成本仍是晶硅光伏发展的驱动力，应通过技术革新、产业标准化、成本控制等手段推动光伏产业发展。本文介绍了CZ法生长单晶硅的基本原理和生长工艺，分别对缺陷控制、热场优化、氧含量控制等进行了分析，在总结工艺现状和单晶生长特点的基础上对直拉法生长单晶硅的发展方向进行了展望。

关键词：直拉法单晶硅大尺寸薄片化热场太阳能

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多场调控金属激光增材制造研究现状与展望

中国激光 2024年

作者：高海瑞李继康张振武郑可盈向泓澔魏青松华中科技大学材料科学与工程学院

激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形，在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是，高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场，导致飞溅、球化、匙孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的... 详细信息

激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形，在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是，高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场，导致飞溅、球化、匙孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的微宏观性能，影响了该技术更广泛的应用。光束整形和场辅助原位调控激光增材制造过程是控制缺陷产生的有效方法。本文综述了国内外在光束整形、热、磁和超声多场调控金属激光增材制造的研究进展，重点揭示外场-激光-材料-组织-性能间的作用机理，并对多场调控金属激光增材制造未来发展进行了展望，可为金属激光增材制造的高性能调控提供有益参考。

关键词：激光技术激光增材制造光束整形磁场热场超声场

电热作用下矿物绝缘油裂解的反应分子动力学模拟

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上海电力大学学报 2024年第3期40卷 285-292页

作者：李开基严英杰刘亚东上海电力大学电气工程学院上海200090 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

针对矿物绝缘油因电、热因素裂解,从而导致绝缘失效问题,提出了一种基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟方法。在传统的运动方程式中加入电磁理论,建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,分析了热场和电场对矿物绝缘油裂解微观过程的... 详细信息

针对矿物绝缘油因电、热因素裂解,从而导致绝缘失效问题,提出了一种基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟方法。在传统的运动方程式中加入电磁理论,建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,分析了热场和电场对矿物绝缘油裂解微观过程的影响。首先对特征气体进行识别和统计,然后通过仿真动态图像分析矿物绝缘油的微观反应过程,最终得到了电热联合作用矿物绝缘油的产气规律。通过与柱板电极放电实验产气的结果对比,验证了仿真结果的合理性。实验结果表明,热场是矿物绝缘油裂解的主要影响因素,同时电场对矿物油裂解也起到促进作用。

关键词：矿物绝缘油电场热场反应分子动力学模拟 ReaxFF力场

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半密封直拉法生长6英寸磷化铟单晶热场研究

无机材料学报 2023年第3期38卷 335-342页

作者：史艳磊孙聂枫徐成彦王书杰林朋马春雷徐森锋王维陈春梅付莉杰邵会民李晓岚王阳秦敬凯哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院索维奇智能材料实验室深圳518055 中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路重点实验室石家庄050051

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料。InP由于性能优异,在高频电子器件及红外光电器件领域的应用日趋增多。目前,磷化铟器件的价格远高于砷化镓器件,其主要原因是磷化铟单晶成品率低,以及晶圆尺寸较小造成外延和器件工艺成本居高... 详细信息

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体材料。InP由于性能优异,在高频电子器件及红外光电器件领域的应用日趋增多。目前,磷化铟器件的价格远高于砷化镓器件,其主要原因是磷化铟单晶成品率低,以及晶圆尺寸较小造成外延和器件工艺成本居高不下。增大InP单晶的直径对降低晶圆及半导体工艺成本至关重要。制备大尺寸InP单晶的主要难点是提高晶体的成品率和降低晶体的应力。目前行业内通常使用垂直梯度凝固(Vertical gradient freeze,VGF)法和液封直拉(Liquid Encapsulated Czochralski,LEC)法制备InP。VGF法在制备6英寸(15.24 cm)InP方面鲜有建树,LEC法制备的晶体往往具有更高的应力和位错密度。本研究展示了半密封直拉(Semi-Sealed Czochralski,SSC)法在生长大直径化合物半导体材料方面的优势,采用数值模拟方法分析了LEC法和SSC法中熔体、晶体、氧化硼和气氛中的温度分布,重点分析了SSC技术的温度分布。模拟结果中,SSC法晶体中的温度梯度为17.4 K/cm,明显低于LEC法中的温度梯度28.7 K/cm。在等径阶段SSC法晶体肩部附近气氛温度比LEC法高504 K。根据模拟结果对SSC法热场进行了优化后,本研究得到了低缺陷密度、无裂纹的6英寸S掺杂InP单晶,证实了SSC法应用于大尺寸InP单晶生长的优势。

关键词：磷化铟半密封直拉数值模拟热场