Vol.19 No.1 张济山等：雾化喷射沉积成形过程中沉积体内的凝固过程() ·23· (a) 固相+ 固相(S)1 液相 固相+ (S+L) 液相 固相(S) (S+L) Ss 0 沉积体增长方向X o' 沉积体增长方向 沉积基板位置 沉积基板位置 图1沉积还件内凝固过程坐标变换示意图()实际系统；b)虚拟系统) Ss=Ss+Lo S=S+Lo 其中，L。为虚拟凝固层的厚度，，为虚拟系统中形成L。厚度虚拟层所需的时间. 为求解方程(1)，进行如下基本假设：①凝固过程为单向导热（即一维热传导，基板温度维 持在T。):②金属与基板的界面热阻为牛顿型，且为常数（即界面换热系数h为常数）；③材料 热物理性能不随温度变化；④金属在宏观上以平界面的形式凝固；⑤用等效比热法处理潜热 问题，即C=Cs+H/△T,其中，C和C3分别为液相和固相的热容；©无对流. 在图1所示的坐标系统中，傅里叶热传导方程的解为： T =4,B erf (2) 其中，A和B,为常数；i-1为固相区，i=2为固液两相区. 边界条件： x=0:T=To (3) x'=Ss:T=Ts (4) x'=Ss:T2=Ts (5) x'=Ss:k(oT /8x)=k(oT 10x) (6) x'=S:2=k2(0T2/x):=s+h(T-T)+oT4 (7) 其中，Q为由沉积体表面输人的热量，由沉积体上表面的热平衡条件，即由下式可导出边界条 件式(7)： 雾化锥输入的热量=传入沉积体的热量+气体对流散热+表面热辐射散热 ?值由雾化锥的平均热力学状态确定，在工艺控制合理的条件下可假定为常数， 2凝固过程分析 2.1温度分布 (1)固相中的温度分布 由式(1)及边界条件式(3)和(4)可得出凝固层中的温度分布：张济 山 等 雾化喷射沉积成形过程 中沉积体 内的凝 固过程 产户 口 一固相 液相 宕一一 一 一 沉积基 板位置 兀 ‘ 卜 产 扁 ， 户 搏相 、 ‘ ， ， 几 固相 … ‘ ’ … 图 沉积坯件内凝 固过程坐标变换示意图 实际 系统 伪 虚拟系统 《 一 。 义 一 凡 几 其 中 ， 。 为虚拟凝 固层 的厚度 ， 为虚拟 系 统 中形成 。 厚度虚拟 层所需 的时间 为求解 方程 ， 进行 如下基本假设 ①凝 固过程 为单 向导热 即一 维热传 导 ， 基板温度 维 持在 几 ②金 属 与基板 的界 面 热阻 为牛顿型 ， 且 为常数 即界 面换 热系数 为常数 ③材料 热物理 性 能不 随温 度变 化 ④金 属 在 宏 观 上 以 平 界 面 的形式凝 固 ⑤ 用 等效 比热法处理潜热 间题 ， 即 △， 其 中 ， 和 分别 为液相 和 固相 的热容 ⑥ 无对流 · 在 图 所示 的坐标 系 统 中 ， 傅 里 叶热传 导方程 的解 为 三二、 双一 “ 刀‘ 气荷 其 中 ， ，和 ‘ 为常数 二 为 固相 区 ， 二 为固液 两相 区 · 边 界条件 工 ‘ 兀 几 ‘ 一 气 兀 爪 ‘ 叮 几 二 爪 ‘ 一 气 。 。 气 爪 。 ‘ 一 义 一 气。 几 刁 、 一 、 一 几 ‘ 其 中 ， 为 由沉积 体表 面输人 的热量 ， 由沉 积体上 表面 的热平衡条件 ， 即 由下 式可 导出边 界条 件式 雾化锥输人 的热量 二 传人 沉积体的热量 气体对流 散热 表 面热辐射散热 值 由雾化锥 的平均 热力学状态确定 ， 在 工 艺控 制合理 的条件下 可假定 为常数 凝 固过程分析 温度分布 固相 中的温度 分布 由式 及边 界 条件式 和 可 得 出凝 固层 中的温度分 布