铝熔体定向氮化过程中气液固传输机理探讨

铝熔体定向氮化过程中气液固传输机理探讨涉及的知识点包括： 1. 定向金属氮化技术：这是一种利用金属熔体与氮气反应，只在特定方向上生长的工艺。其基本原理是在高温下，金属熔体与氮气发生化学反应，从而生成氮化物，该过程受到传质过程控制。定向金属氮化技术（DIMNI）就是对DIMOX技术的扩展，将氧化物体系拓展到氮化物体系。 2. 气液固传质模型：研究者根据纯铝锭定向氮化生长显微结构特征，构建出描述气液固三相之间质量传递过程的模型。这个模型考虑了反应速率与各个传质阻力的关系，并通过方程描述了这些关系。 3. 反应速率与传质阻力方程关系：通过实验观察发现，氮化速率受到的主导阻力是氮气在熔体表面的化学吸附过程。随着氮化反应的进行，生成的氮化铝（AlN）晶柱内部或晶柱间毛细管半径减小，降低了熔体的渗透速率，最终导致毛细管力传输到反应前沿的铝熔体被耗尽，使得反应中止。 4. 毛细管力传输：在定向氮化过程中，Al熔液通过业已形成的AlN晶体内部毛细管传输生长情况。毛细管力的作用对AlN的生长起着至关重要的作用。 5. AlN陶瓷材料的制备：研究中提出了在纯铝锭表面涂敷金属镁粉的方法，通过定向金属氮化法，以降低生产成本。实验使用了φ15×10mm的纯铝锭，并在密封炉内进行处理，充入流动高纯氮气。 6. 显微结构特征：通过扫描电子显微镜观察到AlN生长过程中的形貌特征。实验结果表明，AlN生长特征明显，如表面球状团聚体的形成、柱状晶体的产生，以及AlN晶体内部和之间的毛细管结构。 7. 活性氧化铝粉末的作用：实验中使用活性氧化铝粉末作为填充剂，其作用可能是为氮化反应提供有利条件。 8. 多孔层的作用：研究显示，表面涂敷的金属镁粉在反应开始时会挥发，形成的多孔MgAl2O4层，有利于氮气的向下扩散和铝熔体的向上传输，从而促进了氮化反应的进行。 9. 产品形状的可设计性：定向金属氮化技术的产品形状不受限制且体积稳定，同时其材料组成和性能具有可设计性，这使得该技术具有较高的应用灵活性。 10. 应用背景与发展趋势：定向金属氮化技术的应用背景主要集中在Al-Mg、Al-Mg-Si等合金体系的研究，这些研究取得了可喜成果。未来的研究可能将进一步拓宽至其他合金体系，并探索更经济高效的材料制备方法。 上述知识点共同构成了铝熔体定向氮化过程中气液固传输机理的理论基础，并在实验研究中得到验证和深入探讨。通过理解这些基本原理和实验方法，可以更有效地指导相关的材料合成工艺，优化材料性能，并推动相关领域技术的发展。