陶瓷材料具有優(yōu)異的硬度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性,現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)領(lǐng)域,但其較低的強(qiáng)度和韌度,不僅影響了刀具的使用可靠性,而且縮小了其應(yīng)用范圍。陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響最大,因此有必要對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)的演變進(jìn)行模擬和優(yōu)化,為提高最終的力學(xué)性能提供理論依據(jù)。本文通過分析晶粒生長過程的機(jī)理,從晶粒的生長躍遷概率、再取向嘗試、生長速度的控制和邊界條件的選擇等方面建立了新的Monte Carlo Potts點(diǎn)陣模型和能量模型。通過分析Monte Carlo標(biāo)準(zhǔn)和改進(jìn)算法,開發(fā)H-L Monte Carlo新算法,該算法先對(duì)當(dāng)前晶格是否處于邊界進(jìn)行判斷,對(duì)處于邊界上并且轉(zhuǎn)換后使總能量降幅最大的取向進(jìn)行重新取向嘗試,通過減少計(jì)算周期,加快了模擬速度。利用MATLAB軟件編寫程序來實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)演變過程的模擬。基于H-L Monte Carlo算法建立兩相陶瓷微觀結(jié)構(gòu)演變的Monte Carlo Potts模型,并研究第二相的含量、尺寸和晶界能之比對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響。模擬表明,第二相對(duì)基體相具有較強(qiáng)的釘扎作用,阻礙基體的生長,抑制晶粒的異常粗大。第二相尺寸越小,含量越多,對(duì)晶界的釘扎能力越強(qiáng),阻礙... 

【文章來源】：河北工業(yè)大學(xué)天津市211工程院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 陶瓷刀具材料研究現(xiàn)狀
    1.2 納米復(fù)相陶瓷材料的研究現(xiàn)狀
    1.3 材料微觀組織演化的計(jì)算機(jī)模擬方法
        1.3.1 分子動(dòng)力學(xué)法
        1.3.2 元胞自動(dòng)機(jī)法
        1.3.3 蒙特卡羅法
        1.3.4 相場法
        1.3.5 有限元法和有限差分法
        1.3.6 微觀組織模擬方法的比較
    1.4 陶瓷刀具材料模擬中存在的問題
    1.5 本課題的研究目的及研究內(nèi)容
        1.5.1 課題的目的及意義
        1.5.2 課題的主要研究內(nèi)容
第二章 陶瓷刀具材料的晶粒生長
    2.1 晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力
    2.2 晶界遷移速率
    2.3 正常晶粒生長
    2.4 異常晶粒生長
    2.5 晶粒生長的影響因素
    2.6 本章小結(jié)
第三章 蒙特卡羅波茨模型及模擬算法
    3.1 蒙特卡羅波茨模型
        3.1.1 晶格點(diǎn)陣模型的建立
        3.1.2 系統(tǒng)能量模型的建立
        3.1.3 晶粒生長的躍遷概率
    3.2 晶粒生長速度的控制
    3.3 邊界條件的選擇
    3.4 Monte Carlo Potts模型的模擬算法
        3.4.1 已有的Monte Carlo模擬算法
        3.4.2 改進(jìn)的Monte Carlo模擬算法
    3.5 Monte Carlo Potts模型參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響
        3.5.1 晶粒取向數(shù)的影響
        3.5.2 晶格點(diǎn)陣尺度的影響
        3.5.3 蒙特卡羅步的影響
    3.6 微觀結(jié)構(gòu)演變模擬的技術(shù)支持
    3.7 本章小結(jié)
第四章 燒結(jié)過程中陶瓷刀具材料微觀結(jié)構(gòu)演變的模擬
    4.1 兩相陶瓷刀具材料微觀組織演變模擬方法
        4.1.1 兩相陶瓷刀具材料模擬模型的建立
        4.1.2 模擬算法
        4.1.3 模擬程序流程圖
    4.2 燒結(jié)過程中兩相陶瓷材料的模擬
        4.2.1 模擬參數(shù)的設(shè)定
        4.2.2 第二相含量對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響
        4.2.3 第二相尺寸對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響
        4.2.4 晶界能比值對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響
    4.3 第二相對(duì)晶粒生長的阻礙作用機(jī)理分析
    4.4 燒結(jié)參數(shù)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)演變的影響
        4.4.1 燒結(jié)溫度對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響
        4.4.2 燒結(jié)壓力對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響
        4.4.3 保溫時(shí)間對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 氧化鋁基復(fù)合陶瓷刀具微觀組織結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置
    5.2 Al_2O_3基兩相陶瓷刀具材料的燒結(jié)實(shí)驗(yàn)
        5.2.1 陶瓷混合粉料的制備
        5.2.2 熱壓燒結(jié)過程
    5.3 Al_2O_3基兩相陶瓷刀具材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)
        5.3.1 抗彎強(qiáng)度
        5.3.2 維氏硬度
        5.3.3 斷裂韌性
    5.4 Al_2O_3基兩相陶瓷刀具材料燒結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析
        5.4.1 第二相含量對(duì)陶瓷材料的影響
        5.4.2 第二相尺寸對(duì)陶瓷材料的影響
        5.4.3 燒結(jié)溫度對(duì)陶瓷材料的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
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[4]新型自增韌氮化硅基納米復(fù)合陶瓷刀具及性能研究[D]. 鄒斌.山東大學(xué) 2006

碩士論文
[1]納米陶瓷刀具材料微觀組織模擬研究[D]. 張明濤.山東大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3634210