發(fā)布時間：2023-03-20 04:24

　　作為新一代超高溫結(jié)構(gòu)材料,Al2O3基共晶陶瓷具備優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、組織熱穩(wěn)定性、高溫抗氧化性和抗蠕變性能,有望廣泛應(yīng)用于先進(jìn)航空航天發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的高溫結(jié)構(gòu)部件。然而,目前Al2O3基共晶陶瓷的微觀組織與材料力學(xué)性能之間的關(guān)系尚不夠明確,對其斷裂損傷行為和強(qiáng)韌化機(jī)制缺乏深入的研究。本文構(gòu)建了Al2O3基共晶陶瓷的微觀力學(xué)理論模型并結(jié)合有限元方法進(jìn)行模擬分析;采用原位透射電鏡微觀力學(xué)技術(shù)對亞微米圓柱和微懸臂梁試樣的微觀力學(xué)性能進(jìn)行測試,系統(tǒng)研究了微觀組織、界面微結(jié)構(gòu)和試樣幾何尺寸等因素對Al2O3基共晶陶瓷的微觀變形和斷裂行為的影響規(guī)律,從而揭示典型Al2O3基共晶陶瓷的塑性變形機(jī)制與強(qiáng)韌化機(jī)制。采用熱壓燒結(jié)制備了致密Al2O3/SmAlO3(SAP)陶瓷,其物相由α-Al2O3和SAP組成。當(dāng)熱壓溫度為1500℃時,燒結(jié)態(tài)Al2O3/SAP陶瓷具有最佳綜合力學(xué)性能,致密度和平均晶粒尺寸分別為99%和1.3μm,室溫抗彎強(qiáng)度和SENB斷裂韌性分別為558MPa和5.59MPa·m1/2。燒結(jié)過程中原始粉體所含過飽和稀土元素通過擴(kuò)散富集并形核長大,從而在Al2O3晶粒內(nèi)部形成納米析出...

【文章頁數(shù)】：166 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 本文研究背景及其意義
    1.2 氧化物共晶陶瓷的研究進(jìn)展
        1.2.1 常見氧化物共晶陶瓷的成分和晶體結(jié)構(gòu)
        1.2.2 氧化物共晶陶瓷的制備工藝
        1.2.3 Al₂O₃基共晶陶瓷的組織結(jié)構(gòu)特征
        1.2.4 Al₂O₃基共晶陶瓷的力學(xué)性能及其組織穩(wěn)定性
    1.3 脆性材料的斷裂力學(xué)行為及模擬分析
        1.3.1 脆性材料的斷裂分析和有限元模擬
        1.3.2 影響陶瓷強(qiáng)度的因素及其強(qiáng)韌化設(shè)計
    1.4 微觀力學(xué)測試的研究進(jìn)展
        1.4.1 原位微觀力學(xué)測試方法和發(fā)展
        1.4.2 陶瓷材料的微觀力學(xué)測試研究進(jìn)展
    1.5 Al₂O₃基共晶陶瓷研究中存在的主要科學(xué)問題
    1.6 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 試驗材料及研究方法
    2.1 Al₂O₃基共晶陶瓷的微觀組織設(shè)計
    2.2 試驗材料的主要制備方法
        2.2.1 共晶成分納米粉體的制備工藝
        2.2.2 熱壓燒結(jié)制備等軸晶陶瓷
        2.2.3 高溫熔凝制備共晶陶瓷
    2.3 材料的組織結(jié)構(gòu)分析
    2.4 材料的力學(xué)性能測試及表征
        2.4.1 維氏硬度的測試方法
        2.4.2 抗彎強(qiáng)度和彈性模量的測試
        2.4.3 斷裂韌性的測試
        2.4.4 原子力顯微鏡表征測試
    2.5 微觀力學(xué)的有限元仿真與樣品制備測試技術(shù)
        2.5.1 ABAQUS有限元模擬分析方法
        2.5.2 FIB加工微觀力學(xué)試樣
        2.5.3 原位TEM微觀力學(xué)測試技術(shù)
第3章 Al₂O₃基復(fù)相陶瓷的微觀力學(xué)模型及其力學(xué)行為模擬預(yù)測
    3.1 引言
    3.2 Al₂O₃基復(fù)相陶瓷的微觀力學(xué)模型構(gòu)建
    3.3 Al₂O₃基復(fù)相陶瓷的微觀單軸壓縮模型及其力學(xué)行為模擬
    3.4 Al₂O₃基復(fù)相陶瓷的微觀力學(xué)試樣與微觀斷裂行為模擬
        3.4.1 Al₂O₃基復(fù)相陶瓷的微觀力學(xué)試樣設(shè)計
        3.4.2 Al₂O₃基復(fù)相陶瓷的微觀斷裂行為預(yù)測
    3.5 本章小結(jié)
第4章 燒結(jié)態(tài)與熔凝態(tài)Al₂O₃/SAP陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)及其界面微觀力學(xué)性能
    4.1 引言
    4.2 燒結(jié)態(tài)Al₂O₃陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能
        4.2.1 燒結(jié)態(tài)Al₂O₃/SAP陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)
        4.2.2 燒結(jié)態(tài)Al₂O₃/SAP陶瓷的宏觀力學(xué)性能及分析
        4.2.3 燒結(jié)態(tài)Al₂O₃基復(fù)相陶瓷內(nèi)納米析出相的微觀結(jié)構(gòu)及形成分析
    4.3 熔凝態(tài)Al₂O₃/SAP陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能
    4.4 Al₂O₃/SAP陶瓷的不同界面組織及其界面微觀力學(xué)性能
    4.5 界面微觀組織結(jié)構(gòu)對界面性能的影響機(jī)制
    4.6 本章小結(jié)
第5章 Al₂O₃基共晶陶瓷的原位微觀單軸壓縮行為及其塑性變形機(jī)制
    5.1 引言
    5.2 Al₂O₃基共晶陶瓷的微觀組織和界面結(jié)構(gòu)
    5.3 Al₂O₃基共晶組成相的原位微觀壓縮變形行為
    5.4 Al₂O₃基共晶陶瓷的原位微觀壓縮行為及塑性變形機(jī)制
        5.4.1 不規(guī)則狀A(yù)l₂O₃基共晶組織的微觀壓縮行為及變形機(jī)制
        5.4.2 棒狀A(yù)l₂O₃/GAP共晶組織的微觀壓縮行為及變形機(jī)制
        5.4.3 Al₂O₃/EAG/ZrO₂共晶組織的微觀壓縮行為及變形機(jī)制
    5.5 本章小結(jié)
第6章 Al₂O₃基共晶陶瓷的原位微觀斷裂行為及其組織韌化機(jī)制
    6.1 引言
    6.2 Al₂O₃基共晶陶瓷的微觀斷裂行為及有限元分析
        6.2.1 試樣形狀因素對微觀斷裂行為的影響
        6.2.2 共晶組織分布和形態(tài)對微觀斷裂行為的影響
        6.2.3 Al₂O₃/SAP和Al₂O₃/YSZ共晶陶瓷的微觀斷裂行為
    6.3 Al₂O₃基共晶陶瓷的微觀組織韌化機(jī)制
        6.3.1 共晶微觀組織結(jié)構(gòu)的斷裂韌性評估及其韌化機(jī)制
        6.3.2 共晶組織中ZrO₂相變對微觀斷裂過程的韌化效應(yīng)
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3766678