【摘要】：晶須增韌陶瓷刀具材料的出現(xiàn)一定程度上克服了傳統(tǒng)陶瓷刀具材料斷裂韌度低的缺點,拓寬了陶瓷刀具的應(yīng)用范圍。傳統(tǒng)的晶須增韌陶瓷刀具材料的開發(fā)多采用“試湊法”進行,無法分析燒結(jié)工藝參數(shù)間的相互影響,研發(fā)成本高、周期長。本文建立了各向異性晶須增韌陶瓷刀具材料微觀組織的蒙特卡洛模型,模擬研究了晶須增韌陶瓷刀具材料在不同材料組分、不同燒結(jié)工藝條件下的微觀組織演變行為,為晶須增韌陶瓷刀具材料的開發(fā)提供理論依據(jù)。建立了耦合燒結(jié)工藝參數(shù)的無缺陷晶須增韌陶瓷刀具材料微觀組織的三維蒙特卡洛波茨模型,設(shè)計了材料的微觀組織演變模擬算法,開發(fā)了三維模擬軟件WRCTM-3DMS。模擬研究了晶須增韌陶瓷刀具材料中晶須分布狀態(tài)對材料微觀組織演變的影響。結(jié)果表明,呈三方向分布的晶須對基體晶粒的釘扎作用最強,呈兩方向分布的晶須次之,單方向分布的晶須對基體晶粒的釘扎作用最弱:呈兩方向或三方向分布的晶須形成的共同釘扎點強化了晶須對基體晶粒的釘扎作用。模擬研究了晶須增韌陶瓷刀具材料中晶須體積含量對材料微觀組織演變的影響。結(jié)果表明,晶須能有效地抑制基體晶粒的生長,當晶須長徑比一定時,晶須對基體晶粒生長的抑制作用隨著晶須體積含量的增加而增強。模擬研究了晶須增韌陶瓷刀具材料中晶須長度對材料微觀組織演變的影響。結(jié)果表明,當晶須體積含量和直徑一定時,晶須對基體晶粒的釘扎作用隨著晶須長度的增加而增強。模擬研究了晶須增韌陶瓷刀具材料中晶須直徑對材料微觀組織演變的影響。結(jié)果表明,當晶須體積含量和長度一定時,晶須對基體晶粒的釘扎作用隨著晶須直徑的增大而減弱。模擬研究了晶須增韌陶瓷刀具材料的基體平均初始晶粒直徑對材料微觀組織演變的影響。結(jié)果表明,當晶須體積含量和長徑比一定時,基體平均初始晶粒直徑越大,則演變穩(wěn)態(tài)后基體平均晶粒半徑越大,基體晶粒生長速率越低,晶粒生長進入穩(wěn)態(tài)所需的演變時間越短,最終進入基體晶粒內(nèi)部的晶須數(shù)越少。建立了耦合燒結(jié)工藝參數(shù)的含有燒結(jié)助劑的晶須增韌陶瓷刀具材料微觀組織的三維蒙特卡洛波茨模型,模擬研究了燒結(jié)助劑含量、燒結(jié)工藝參數(shù)對微觀組織演變的影響。結(jié)果表明,當燒結(jié)助劑間的界面能與基體晶界能相同時,燒結(jié)助劑對基體晶粒生長的抑制作用隨著燒結(jié)助劑含量的增加而增強;基體晶粒平均半徑隨著燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力的升高而增大,但燒結(jié)溫度的影響更顯著。建立了同時含有燒結(jié)助劑和氣孔的晶須增韌陶瓷刀具材料微觀組織的三維蒙特卡洛波茨模型,實現(xiàn)了含有氣孔的微觀組織演變模擬。結(jié)果表明,氣孔的遷移和湮滅消耗了系統(tǒng)大量的能量,阻礙了基體晶粒生長。初始氣孔含量越高,氣孔對基體晶粒生長的阻礙作用越強;材料的致密化速率和材料的相對致密度隨著隨初始氣孔含量的增加而降低。以Al2O3/SiC晶須增韌陶瓷刀具材料的燒結(jié)實驗驗證了本文所建立的模擬模型和模擬結(jié)果的正確性。
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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG711

【參考文獻】

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本文編號：2377709