藕状多孔铜是应用定向凝固法制备的多孔金属结构,在制备过程中定向凝固与金属-气体共晶反应相结合,这使得藕状多孔铜气孔呈圆柱状,且沿凝固方向定向排列于铜基体中,气孔结构平直均匀,内壁光滑等,藕状多孔铜独特的结构特点使其能够用来制备各种特殊的微通道热沉,在散热领域具有重要的应用前景。本文采用Gasar工艺制备藕状多孔铜,从理论和实验上分析研究了工艺参数对藕状多孔铜气孔形貌和结构参数的影响,并且对工艺参数进行优化。拉速对藕状多孔铜气孔形貌、气孔生长方向以及相应多孔结构参数有重要影响,这主要与不同拉速下凝固界面形貌差异有关,只有合适的拉速条件才能使凝固界面以平界面方式推进,从而获得气孔较为平直生长的优质藕状多孔铜。在本实验条件下0.7mm/s为合适的抽拉速率。当拉速变大时,藕状多孔铜铸锭的平均孔径、通孔率和气孔平均孔长均逐渐降低,但气孔率基本保持不变。采用非破坏性纳米CT扫描技术对藕状多孔铜结构进行CT扫描及三维重构。对藕状多孔铜的三维结构进行分析,特别是对气孔形核变化进行观察和研究,阐明拉速对形核和气孔形态、分布的影响。通过研究我们发现藕状多孔铜的形核并不是从最初液态金属凝固开始的,只有在凝固界面处熔体中氢气达到一定过饱和度才开始形核。氢气泡形核主要受凝固界面处熔体中氢气过饱和度和凝固速度的影响,凝固初期,凝固速度大,短时间内,只要氢的浓度达到临界值后,气泡便大量形核。随着凝固的进行,固-液界面与水冷铜结晶器的距离增加,受到的激冷作用减弱,凝固速度降低,气体的扩散距离增加,气孔的形核数目减小。对于制备的藕状多孔铜结构而言,单位体积内气孔形核数目随拉速的增大而增加,在拉速0.55mm/s、0.7mm/s下制备的多孔铜锭形核数目更快的趋于稳定,多孔铜气孔结构更加均匀。当拉速增加时,单位体积内新气孔的形核数目增加,气孔的平均直径减小,气孔的分布均匀性下降。