Yb 2 Si 2 O 7 /MoSi 2 复相陶瓷性能预测及微力学有限元模拟

发布时间：2021-11-23 21:46

　　SiC基复合材料被认为是下一代燃气轮机叶片的理想材料。为了防止SiC基复合材料在快速燃烧环境中的衰退,研究者开发了环境障碍涂层（EBCs）。然而即使是尖端的大气等离子喷涂技术也无法帮助涂层完全避免在服役过程中产生裂纹。如果能实现涂层的裂纹自愈合,将是EBCs发展的一个突破。因此本文决定在EBC的面层候选材料Yb₂Si₂O7中加入不同体积比（10vol.%、15vol.%、20vol.%）的自愈合颗粒MoSi₂,从而制备Yb₂Si₂O₇/MoSi₂复相陶瓷。同时传统陶瓷材料性能研究主要依赖于宏观尺度的测试和微观组织特征的定性分析,而缺乏对其微观力学性能的直接研究。因此本文决定对Yb₂Si₂O₇/MoSi₂复相陶瓷的微力学行为进行研究。Yb₂O₃+2.4SiO₂在1500℃下煅烧4h后可... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 环境障涂层的研究现状
        1.2.1 环境障涂层的发展要求
        1.2.2 环境障涂层的发展历程
    1.3 稀土硅酸盐的研究
        1.3.1 稀土单硅酸盐及其性能
        1.3.2 稀土双硅酸盐及其性能
    1.4 环境障涂层的抗高温腐蚀研究
        1.4.1 抗水氧腐蚀研究
        1.4.2 抗CMAS腐蚀研究
    1.5 自愈合材料的研究
    1.6 陶瓷材料的微力学及断裂行为
    1.7 主要研究内容
第2章 试验材料与方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验制备工艺
        2.2.1 Yb_2Si_2O_7粉体的制备
        2.2.2 Yb_2Si_2O_7-MoSi_2粉体的制备
        2.2.3 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷组分设计
        2.2.4 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷制备工艺
    2.3 材料的组织结构分析
        2.3.1 相对致密度测定
        2.3.2 喷雾干燥
        2.3.3 扫描电镜(SEM)及成分分析
    2.4 热物理性能分析
        2.4.1 热膨胀系数测试
        2.4.2 热导率测试
    2.5 有限元模拟方法
    2.6 第一性原理计算方法
第3章 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷的制备及组织结构
    3.1 Yb_2Si_2O_7粉体的固相合成工艺设计
    3.2 煅烧参数对固相合成反应的影响
        3.2.1 煅烧温度对Yb_2Si_2O_7固相合成反应的影响
        3.2.2 煅烧时间对Yb_2Si_2O_7固相合成反应的影响
        3.2.3 SiO_2 含量对Yb_2Si_2O_7 固相合成反应的影响
    3.3 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷的组织结构
        3.3.1 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷的物相分析
        3.3.2 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷的组织形貌
    3.4 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷的致密度
    3.5 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷的热物理性能
    3.6 本章小结
第4章 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷的性能预测
    4.1 性能预测的理论基础
        4.1.1 第一性能原理
        4.1.2 晶格热导率的估算模型
        4.1.3 杨氏模量的计算
        4.1.4 德拜温度和晶格热导率的计算
    4.2 性能预测结果
        4.2.1 平衡晶体结构
        4.2.2 弹性性质
        4.2.3 德拜温度和最小晶格热导率
    4.3 热压烧结冷却后块体热应力预测
    4.4 第二相颗粒烧结后热失配应力的计算
    4.5 第二相颗粒氧化后热失配应力的计算
    4.6 本章小结
第5章 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷单轴压缩及微观断裂行为研究
    5.1 弹塑性模型构建法则
    5.2 组织取向对应力应变状态影响
    5.3 特定组织特征的单向压缩模型
        5.3.1 存在第二相MoSi_2的单向压缩模型
        5.3.2 存在气孔的单向压缩模型
    5.4 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷微观断裂行为研究
        5.4.1 微观断裂模型构建及原理
        5.4.2 Yb_2Si_2O_7/MoSi_2 复相陶瓷微悬臂梁模型
        5.4.3 裂纹位置对应力状态的影响
    5.5 裂纹状态对裂纹尖端应力场的影响
        5.5.1 裂纹张开角度的影响
        5.5.2 裂纹深度的影响
        5.5.3 裂纹尖端曲率半径的影响
    5.6 裂纹扩展路径模拟
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 张健,王莉,王栋,谢光,卢玉章,申健,楼琅洪.  金属学报. 2019(09)
[2]稀土硅酸盐陶瓷材料研究进展[J]. 田志林,王京阳.  现代技术陶瓷. 2018(05)
[3]航空发动机高温材料的研究现状及展望[J]. 付青峰,杨细莲,刘克明.  热处理技术与装备. 2018(03)
[4]航空发动机叶片及其发展趋势[J]. 孙方成,于群,石宏.  山东工业技术. 2018(03)
[5]Si基陶瓷表面环境障涂层的研究进展[J]. 王超,乔瑞庆,吴玉胜,李明春,陈立佳.  中国陶瓷工业. 2017(02)
[6]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松.  航空制造技术. 2015(12)



本文编号：3514696