微滴喷射成形水溶型芯的粘结机理研究结题摘要

优异溃散性、环境友好型、回收便捷经济的水溶性无机盐粘结剂砂芯在带有复杂内腔及弯曲孔道的铸件生产中有着很好的应用前景。然而现有的水溶型芯的成型均需要采用成型模具，这造成了型芯制备成本的的增大和制造周期的延长。本项目对微滴喷射成型水溶型芯进行深入研究，获得以下研究成果：（1）碳酸钾等复杂二元水盐体系在其蒸发结晶过程中会形成细小颗粒状、针状、杆状、液滴状结晶产物，且在某些特定条件下会在粘结桥处形成裂纹，其结晶物相与溶液温升与失水的比值有关，在通常情况下首先结晶出K2CO3•1.5H2O，当温度超过152℃后K2CO3•1.5H2O会逐渐转变为无水K2CO3。（2）温度场实测结果表明，微滴喷射成型过程中型芯上下表面的温差约有20℃，而对于传统压制成型型芯内外温差可达50℃，且型芯温度的变化影响型芯中水分的散失及结晶产物的析出；有限元模拟结果表明，随着无机盐溶液浓度的增大，微液滴在砂粒粉床上的渗透深度逐渐减小。（3）揭示了成型工艺对型芯性能的影响规律。研究表明，膨润土、高岭土等添加剂可改变无机盐的结晶形态及型芯的断裂机制，从而改变型芯的强度；加热温度及加热时间除了影响析出的结晶产物，还会通过影响水分的蒸发来影响型芯的强度性能。（4）揭示了无机盐在不同温度下的粘结机理。在中低温阶段，无机盐溶液仅仅依赖于水分的蒸发，无机盐的结晶析出形成无机盐粘结桥，从而使型芯获得强度；但在高温烧结阶段，碳酸钾、碳酸钠等粘结剂与二氧化硅、三氧化二铝等物相能发生烧结反应，生成了硅酸盐，从而增强了型芯的强度，同时使得型芯的水溶性能下降。总之，本研究采用微滴喷射无机盐水溶液为粘结剂，通过加热蒸发预成型型芯，然后通过后处理可以获得具有较高强度的水溶型芯，实现了水溶型芯的无模制造，不仅推进水溶性无机盐粘结剂砂芯在实际生产中的应用，降低因树脂砂芯广泛应用造成的环境污染，还可为3D打印技术在水玻璃、磷酸盐粘结剂砂芯中的应用提供科学的理论指导。

优异溃散性、环境友好型、回收便捷经济的水溶性无机盐粘结剂砂芯在带有复杂内腔及弯曲孔道的铸件生产中有着很好的应用前景。 然而此类型芯的微观粘结机理并不清楚。本项目首先依据蒸发结晶理论及材料热力学理论，借助SEM、DSC、XRD等分析测试手段研究无机盐溶液于等温及非等温条件下在砂粒/无机盐表面的结晶行为；然后依据3D打印技术原理设计制造多功能微滴喷射成形装置，研究成形工艺条件对型芯性能的影响规律，并在此基础上建立无机盐结晶晶粒特性与型芯强度的关系模型，揭示无机盐结晶晶粒特性对型芯性能的影响规律，阐明无机盐粘结剂砂芯的粘结机理；最后依据理论研究结果对成形工艺进行优化，并采用微滴喷射成形工艺制备出高强水溶型芯。本项目的成功实施，不仅可推进水溶性无机盐粘结剂砂芯在实际生产中的应用，降低因树脂砂芯广泛应用造成的环境污染，还可为3D打印技术在水玻璃、磷酸盐粘结剂砂芯中的应用提供科学的理论指导。

采用随机时间序列方法，研究了碳化深度的预报模型。研究了高压水射处理老混凝土粘结面的方法。对粘结面粗糙度采用变步距法、功率谱法和高差法三种形式的分维进行了研究。研究了新老混凝土粘结的劈拉、轴拉、抗折、直剪、拉剪、压剪、拉压剪及压压剪等多种强度指标，和粘结的收缩性能、粘结的断裂性能。并结合—工程实例研究了混凝土冷缝的粘结强度。采用塑性极限理论，推出了粘结剪切强度的理论解。在分析新老混凝土粘结微纲机理的基础上，建立了粘结劈拉强度及粘结抗折强度的BP神经网络预测模型。 2100433B

在分析微液滴冲击冷却的热输运特性，以及研究微结构两相传质、传热过程的动态特性及其不确定因素的基础上，建立微液滴冲击冷却过程的数学模型；研制能传送高密度热流的微介电液滴冲击冷却集成芯片及其相应的实验系统装置；通过对微介电液滴冲击冷却的流体动力学和热动力学过程的数值模拟，并结合相应的实验技术研究和验证，对微尺度下相变传质传热的机理进行了深入研究，创建微介电液滴冲击冷却的基础理论体系。项目研究的成功将不仅对微尺度的传热传质理论研究具有一定的推动作用，而且该冷却系统具有很好的社会经济效益。在高精度测量与加工、光电通讯系统等领域中具有非常广阔的发展前景。 2100433B