本文關鍵詞：低膨脹準陶瓷刀具材料的研制及其力學性能初探

  更多相關文章： 低膨脹準陶瓷刀具材料 堇青石 力學性能 熱膨脹系數 有限元模擬

【摘要】：本文結合陶瓷材料的熱膨脹性能和現代科學對機械材料的要求,設計并優(yōu)化了低膨脹準陶瓷刀具材料的組分含量和制備工藝,研制了低膨脹準陶瓷刀具材料,并通過有限元方法進行了熱膨脹系數的計算機模擬。設計了低膨脹準陶瓷刀具材料體系,確定以A1203為基體相,堇青石和Ti(C,N)為添加相,制定了刀具材料的制備工藝和燒結工藝。實驗優(yōu)化了低膨脹準陶瓷刀具材料氧化鋁-堇青石(A-MAS)中堇青石的含量。結果表明,A-MAS70材料的力學性能、微觀組織和熱膨脹系數較好,其抗彎強度為563.0±92.6MPa,維氏硬度為11.34±0.61GPa,斷裂韌度為4.11±0.23MPa·m1/2,平均熱膨脹系數為2.80×10-6m/℃(室溫～900℃)。優(yōu)化了低膨脹準陶瓷刀具材料氧化鋁-堇青石-Ti(C,N) (AT-MAS)中Ti(C,N)的含量,結果表明,AT-MAS60具有較好的力學性能、微觀組織和熱膨脹系數,其抗彎強度為598.03±64.11MPa,維氏硬度為14.61±0.80GPa,斷裂韌度為4.93±0.52MPa·m1/2,平均熱膨脹系數為3.42×10-6m/℃(室溫～900℃)。實驗優(yōu)化了低膨脹準陶瓷刀具材料MAS. A-MAS和AT-MAS的燒結工藝。結果表明,低膨脹準陶瓷刀具材料MAS在升溫速率為30℃/min、保溫時間為40min、燒結溫度為1300℃時獲得最優(yōu)的力學性能,其抗彎強度為495.98MPa,硬度為9.08GPa,斷裂韌度為3.53MPa-m1/2,當升溫速率為50℃/min時獲得最低的平均熱膨脹系數為1.55×10-6m/℃(室溫～900℃)。低膨脹準陶瓷刀具材料A-MAS70在升溫速率為30℃/min、保溫時間為60min、燒結溫度為1300℃時獲得最優(yōu)的力學性能,其抗彎強度為319.5+39.6MPa,硬度為13.97±2.92GPa,斷裂韌度為4.09±0.73MPa·m1/2,在升溫速率為30℃/min、保溫時間為40min、燒結溫度為1250℃時獲得最低的平均熱膨脹系數為2.80×10-6m/℃(室溫～900℃)。低膨脹準陶瓷刀具材料AT-MAS60在升溫速率為50℃/min、保溫時間為30min、燒結溫度為1400℃時獲得最優(yōu)的力學性能,其抗彎強度為598.03+64.11MPa,硬度為14.61±0.80GPa,斷裂韌度為4.93±0.52MPa·m1/2。低膨脹準陶瓷刀具材料AT-MAS80在升溫速率為50℃/min、保溫時間為15min、燒結溫度為1450℃時獲得最低的平均熱膨脹系數為3.01×10-6m/℃(室溫～900℃)。采用蒙特卡洛算法建立了陶瓷刀具材料三維微觀組織模擬模型,計算了材料的熱膨脹系數。熱膨脹系數的模擬結果和實測結果隨溫度的變化規(guī)律基本一致。為進一步研究低膨脹準陶瓷刀具材料的熱膨脹系數奠定了基礎。
【關鍵詞】：低膨脹準陶瓷刀具材料 堇青石 力學性能 熱膨脹系數 有限元模擬
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG711
【目錄】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-17
• 第1章 緒論17-25
• 1.1 低膨脹陶瓷材料的研究現狀17-21
• 1.1.1 低膨脹材料17
• 1.1.2 低膨脹陶瓷材料的類型17-19
• 1.1.3 低膨脹陶瓷材料的研究概述19-21
• 1.2 堇青石復合陶瓷材料的研究現狀21-23
• 1.2.1 堇青石復合陶瓷材料概述21
• 1.2.2 堇青石復合陶瓷材料體系的研究現狀21-23
• 1.3 本文的研究目的、意義和主要研究內容23-25
• 1.3.1 研究目的和意義23
• 1.3.2 主要研究內容23-25
• 第2章 低膨脹準陶瓷刀具材料體系和制備工藝設計25-35
• 2.1 低膨脹準陶瓷刀具材料的界定25
• 2.2 低膨脹準陶瓷刀具材料體系的設計思路25-27
• 2.3 低膨脹準陶瓷刀具材料體系的設計27-30
• 2.3.1 組分的選擇27-28
• 2.3.2 物理和化學相容性研究28-29
• 2.3.3 組分含量的確定29-30
• 2.4 低膨脹準陶瓷刀具材料復合粉體的制備工藝30-31
• 2.4.1 實驗原料30-31
• 2.4.2 復合粉體的制備工藝流程31
• 2.5 低膨脹準陶瓷刀具材料的燒結工藝31-33
• 2.5.1 燒結方法的確定31-32
• 2.5.2 燒結工藝路線的確定32
• 2.5.3 燒結溫度的確定32-33
• 2.5.4 升溫速率的確定33
• 2.6 本章小結33-35
• 第3章 低膨脹準陶瓷刀具材料的組分優(yōu)化35-45
• 3.1 低膨脹準陶瓷刀具材料的力學性能、微觀組織和熱膨脹系數測試35
• 3.2 Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料的堇青石含量優(yōu)化35-41
• 3.2.1 堇青石含量的優(yōu)化方案35-36
• 3.2.2 堇青石含量對Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料力學性能的影響36-39
• 3.2.3 堇青石含量對Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料微觀組織的影響39-40
• 3.2.4 堇青石含量對Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料熱膨脹系數的影響40-41
• 3.3 Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料中Ti(C,N)含量的優(yōu)化41-43
• 3.3.1 Ti(C,N)含量的優(yōu)化方案41
• 3.3.2 Ti(C,N)含量對Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料力學性能的影響41-42
• 3.3.3 Ti(C,N)含量對Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料微觀組織的影響42-43
• 3.3.4 Ti(C,N)含量對Al_2O_3基低膨脹準陶瓷刀具材料熱膨脹性能的影響43
• 3.4 本章小結43-45
• 第4章 低膨脹準陶瓷刀具材料的燒結工藝優(yōu)化45-63
• 4.1 燒結工藝優(yōu)化方案45
• 4.2 低膨脹準陶瓷刀具材料堇青石的燒結工藝優(yōu)化45-51
• 4.2.1 燒結溫度對低膨脹準陶瓷刀具材料堇青石力學性能的影響45-47
• 4.2.2 保溫時間對低膨脹準陶瓷刀具材料堇青石力學性能、微觀組織和熱膨脹性能的影響47-48
• 4.2.3 升溫速率對低膨脹準陶瓷刀具材料堇青石力學性能、微觀性能和熱膨脹性能的影響48-51
• 4.3 低膨脹準陶瓷刀具材料氧化鋁-堇青石的燒結工藝優(yōu)化51-59
• 4.3.1 燒結溫度對低膨脹準陶瓷刀具材料氧化鋁-堇青石力學性能、微觀組織和熱膨脹性能的影響51-54
• 4.3.2 保溫時間對低膨脹準陶瓷刀具材料氧化鋁-堇青石力學性能、微觀組織和熱膨脹性能的影響54-57
• 4.3.3 升溫速率對低膨脹準陶瓷刀具材料氧化鋁-堇青石力學性能、微觀組織和熱膨脹性能的影響57-59
• 4.4 低膨脹準陶瓷刀具材料氧化鋁-堇青石-Ti(C,N)的燒結溫度優(yōu)化59-60
• 4.5 本章小結60-63
• 第5章 低膨脹準陶瓷刀具材料的有限元模擬63-77
• 5.1 微觀組織有限元模擬技術的概述63
• 5.2 低膨脹準陶瓷刀具材料有限元模擬模型的建立63-67
• 5.2.1 材料體系的選擇64
• 5.2.2 蒙特卡洛模擬模型的建立64-65
• 5.2.3 微觀尺度有限元模擬模型的建立65-67
• 5.3 低膨脹準陶瓷刀具材料熱膨脹行為的模擬67-74
• 5.3.1 低膨脹準陶瓷刀具材料和熱物性參數的確定67-68
• 5.3.2 低膨脹準陶瓷刀具材料熱膨脹行為的模擬結果68-72
• 5.3.3 低膨脹準陶瓷刀具材料模擬結果的驗證72-74
• 5.4 本章小結74-77
• 結論與展望77-79
• 參考文獻79-83
• 致謝83-84
• 學位論文評閱及答辯情況表84

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本文編號：982110