微滴噴射成形水溶型芯的粘結(jié)機理研究

優(yōu)異潰散性、環(huán)境友好型、回收便捷經(jīng)濟的水溶性無機鹽粘結(jié)劑砂芯在帶有復(fù)雜內(nèi)腔及彎曲孔道的鑄件生產(chǎn)中有著很好的應(yīng)用前景。然而現(xiàn)有的水溶型芯的成型均需要采用成型模具，這造成了型芯制備成本的的增大和制造周期的延長。本項目對微滴噴射成型水溶型芯進行深入研究，獲得以下研究成果：（1）碳酸鉀等復(fù)雜二元水鹽體系在其蒸發(fā)結(jié)晶過程中會形成細小顆粒狀、針狀、桿狀、液滴狀結(jié)晶產(chǎn)物，且在某些特定條件下會在粘結(jié)橋處形成裂紋，其結(jié)晶物相與溶液溫升與失水的比值有關(guān)，在通常情況下首先結(jié)晶出K2CO3?1.5H2O，當溫度超過152℃后K2CO3?1.5H2O會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水K2CO3。（2）溫度場實測結(jié)果表明，微滴噴射成型過程中型芯上下表面的溫差約有20℃，而對于傳統(tǒng)壓制成型型芯內(nèi)外溫差可達50℃，且型芯溫度的變化影響型芯中水分的散失及結(jié)晶產(chǎn)物的析出；有限元模擬結(jié)果表明，隨著無機鹽溶液濃度的增大，微液滴在砂粒粉床上的滲透深度逐漸減小。（3）揭示了成型工藝對型芯性能的影響規(guī)律。研究表明，膨潤土、高嶺土等添加劑可改變無機鹽的結(jié)晶形態(tài)及型芯的斷裂機制，從而改變型芯的強度；加熱溫度及加熱時間除了影響析出的結(jié)晶產(chǎn)物，還會通過影響水分的蒸發(fā)來影響型芯的強度性能。（4）揭示了無機鹽在不同溫度下的粘結(jié)機理。在中低溫階段，無機鹽溶液僅僅依賴于水分的蒸發(fā)，無機鹽的結(jié)晶析出形成無機鹽粘結(jié)橋，從而使型芯獲得強度；但在高溫燒結(jié)階段，碳酸鉀、碳酸鈉等粘結(jié)劑與二氧化硅、三氧化二鋁等物相能發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)，生成了硅酸鹽，從而增強了型芯的強度，同時使得型芯的水溶性能下降?？傊?，本研究采用微滴噴射無機鹽水溶液為粘結(jié)劑，通過加熱蒸發(fā)預(yù)成型型芯，然后通過后處理可以獲得具有較高強度的水溶型芯，實現(xiàn)了水溶型芯的無模制造，不僅推進水溶性無機鹽粘結(jié)劑砂芯在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，降低因樹脂砂芯廣泛應(yīng)用造成的環(huán)境污染，還可為3D打印技術(shù)在水玻璃、磷酸鹽粘結(jié)劑砂芯中的應(yīng)用提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。

優(yōu)異潰散性、環(huán)境友好型、回收便捷經(jīng)濟的水溶性無機鹽粘結(jié)劑砂芯在帶有復(fù)雜內(nèi)腔及彎曲孔道的鑄件生產(chǎn)中有著很好的應(yīng)用前景。 然而此類型芯的微觀粘結(jié)機理并不清楚。本項目首先依據(jù)蒸發(fā)結(jié)晶理論及材料熱力學(xué)理論，借助SEM、DSC、XRD等分析測試手段研究無機鹽溶液于等溫及非等溫條件下在砂粒/無機鹽表面的結(jié)晶行為；然后依據(jù)3D打印技術(shù)原理設(shè)計制造多功能微滴噴射成形裝置，研究成形工藝條件對型芯性能的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上建立無機鹽結(jié)晶晶粒特性與型芯強度的關(guān)系模型，揭示無機鹽結(jié)晶晶粒特性對型芯性能的影響規(guī)律，闡明無機鹽粘結(jié)劑砂芯的粘結(jié)機理；最后依據(jù)理論研究結(jié)果對成形工藝進行優(yōu)化，并采用微滴噴射成形工藝制備出高強水溶型芯。本項目的成功實施，不僅可推進水溶性無機鹽粘結(jié)劑砂芯在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，降低因樹脂砂芯廣泛應(yīng)用造成的環(huán)境污染，還可為3D打印技術(shù)在水玻璃、磷酸鹽粘結(jié)劑砂芯中的應(yīng)用提供科學(xué)的理論指導(dǎo)。

采用隨機時間序列方法，研究了碳化深度的預(yù)報模型。研究了高壓水射處理老混凝土粘結(jié)面的方法。對粘結(jié)面粗糙度采用變步距法、功率譜法和高差法三種形式的分維進行了研究。研究了新老混凝土粘結(jié)的劈拉、軸拉、抗折、直剪、拉剪、壓剪、拉壓剪及壓壓剪等多種強度指標，和粘結(jié)的收縮性能、粘結(jié)的斷裂性能。并結(jié)合—工程實例研究了混凝土冷縫的粘結(jié)強度。采用塑性極限理論，推出了粘結(jié)剪切強度的理論解。在分析新老混凝土粘結(jié)微綱機理的基礎(chǔ)上，建立了粘結(jié)劈拉強度及粘結(jié)抗折強度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。 2100433B

在分析微液滴沖擊冷卻的熱輸運特性，以及研究微結(jié)構(gòu)兩相傳質(zhì)、傳熱過程的動態(tài)特性及其不確定因素的基礎(chǔ)上，建立微液滴沖擊冷卻過程的數(shù)學(xué)模型；研制能傳送高密度熱流的微介電液滴沖擊冷卻集成芯片及其相應(yīng)的實驗系統(tǒng)裝置；通過對微介電液滴沖擊冷卻的流體動力學(xué)和熱動力學(xué)過程的數(shù)值模擬，并結(jié)合相應(yīng)的實驗技術(shù)研究和驗證，對微尺度下相變傳質(zhì)傳熱的機理進行了深入研究，創(chuàng)建微介電液滴沖擊冷卻的基礎(chǔ)理論體系。項目研究的成功將不僅對微尺度的傳熱傳質(zhì)理論研究具有一定的推動作用，而且該冷卻系統(tǒng)具有很好的社會經(jīng)濟效益。在高精度測量與加工、光電通訊系統(tǒng)等領(lǐng)域中具有非常廣闊的發(fā)展前景。 2100433B