發(fā)布時間：2021-08-11 14:09

　　氧化鋁基陶瓷刀具材料在硬度、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和耐磨性等方面均有良好的表現(xiàn),在高速切削領(lǐng)域有著硬質(zhì)合金刀具材料無可比擬的優(yōu)點(diǎn),但由于其強(qiáng)度、斷裂韌性、導(dǎo)熱系數(shù)和抗熱震性較低,限制了其在高速切削中的廣泛應(yīng)用。石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、超大的比表面積、超高的強(qiáng)度和韌性,它的出現(xiàn)為陶瓷刀具材料的強(qiáng)韌化提供了新的可能和手段。本文基于第一性原理研究了采用石墨烯進(jìn)行界面調(diào)控的可行性,從陶瓷刀具材料的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā),研究微觀結(jié)構(gòu)對宏觀力學(xué)性能的影響,用于指導(dǎo)石墨烯強(qiáng)韌化陶瓷刀具材料的設(shè)計(jì),研制了石墨烯強(qiáng)韌化氧化鋁/碳化鈦復(fù)相陶瓷刀具,并研究刀具材料的微觀結(jié)構(gòu)和刀具的切削性能,揭示了石墨烯強(qiáng)韌化機(jī)理。建立氧化鋁、碳化鈦和石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)模型,進(jìn)行幾何優(yōu)化,對最優(yōu)結(jié)構(gòu)切割晶面,計(jì)算分析晶面性質(zhì)和穩(wěn)定性,用穩(wěn)定存在的不同晶體的晶面構(gòu)建界面,進(jìn)行模擬運(yùn)算,研究界面性質(zhì)。結(jié)果表明:氧化鋁晶體表面和碳化鈦晶體表面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,均未發(fā)生表面重構(gòu)現(xiàn)象,Al2O3（0001）和Ti終止TiC（111）是最穩(wěn)定存在的表面。含石墨烯的界面能低于不含石墨烯的界面,表明石墨烯可降低界面強(qiáng)度,與其它組分形成弱結(jié)合界面,即在陶瓷刀具... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１石墨烯和碳納米管??

（ａ）試錯法流程?（ｂ）基于計(jì)算機(jī)的材料設(shè)計(jì)流程??圖１－２材料設(shè)計(jì)方法??由于陶瓷刀具材料是由混合均勻的多相粉料經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成，因此考慮情況下，即忽略缺陷、雜質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)生成物，陶瓷結(jié)構(gòu)在微觀上看是由多個??、形狀、位向不同的晶粒無縫堆積而成，晶粒間的接觸面屬于固態(tài)結(jié)合界面，??面極大地影響著裂紋的擴(kuò)展行為及材料性質(zhì)。利用掃描電鏡、高分辨率透射電??背散射衍射電鏡等現(xiàn)代測試技術(shù)可觀測到材料界面結(jié)構(gòu)，這為研宄界面結(jié)構(gòu)??了便利，并有助于推動復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展和宏微觀物理量之間定??系的建立。固體理論、分子化學(xué)、化學(xué)鍵理論、分子動力學(xué)、細(xì)觀力學(xué)等理??發(fā)展，為材料設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用提供了依據(jù)。計(jì)算機(jī)模擬和輔助設(shè)計(jì)技術(shù)展，為利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行材料設(shè)計(jì)提供了平臺。因此借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和力學(xué)分析??進(jìn)行材料多尺度研究，根據(jù)研宄結(jié)果來制備材料，將大大減少實(shí)驗(yàn)研宄的盲??，縮短研宂周期，降低研究成本，是研制開發(fā)新型陶瓷刀具材料的有效方法。??

山東大學(xué)博士學(xué)位論文??具材料，最后研宄了其切削性能，分析其磨損形式及失效機(jī)理。論文的總體結(jié)構(gòu)??如圖１－４所示。??第１章緒論??０?ｒ???第２章陶瓷刀具材料界?Ｉ陶瓷材料各向ｊ??面性質(zhì)的研宄?＋１異性剛度系數(shù)！???Ｔ—ｒ??１?和界面能?ｉ??ｒ?Ｉ????！????｜組分體積比及Ｉ?第３章基于微觀結(jié)構(gòu)有限元??，石墨烯含量１?分析模型的陶瓷刀具材料性４???！?」?能預(yù)報??Ｏ?＾??｜第４章石墨烯強(qiáng)初化陶瓷刀???＾?具材料制備及力學(xué)性能??０??第５章石墨烯強(qiáng)韌化陶瓷刀??具切削性能研宄??結(jié)論與展望??圖１－４論文總體結(jié)構(gòu)??主要開展的研宄工作如下：??第１章闡述了課題的研宂背景、目前的研宂現(xiàn)狀以及研究目的和意義，敘??述論文的框架結(jié)構(gòu)和主要研宄內(nèi)容。??第２章利用基于密度泛函理論的第一性原理方法計(jì)算了氧化鋁、碳化鈦和??石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度等，進(jìn)行了體性質(zhì)、表面性質(zhì)的分析，確定了最穩(wěn)定??的熱力學(xué)表面，建立了石墨烯強(qiáng)韌化氧化鋁／碳化鈦復(fù)相陶瓷刀具材料中特定界??面的模型，進(jìn)行了界面性能計(jì)算，分析了界面穩(wěn)定性和成鍵特征，研宄了界面性??質(zhì)，為微觀結(jié)構(gòu)有限元模型提供了各向異性常數(shù)等參量。??第３章采用Ｖｏｒｏｎｏｉ鑲嵌來表征晶粒，基于內(nèi)聚力單元法（ｃｏｈｅｓｉｖｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ??ｍｅｔｈｏｄ

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本文編號：3336298