BNNTs/Si 3 N 4 陶瓷涡轮制备及热力耦合分析研究

发布时间：2022-02-24 22:33

　　本文以氮化硼纳米管（BNNTs）为添加相制备BNNTs/Si3N4复合陶瓷试样及涡轮转子,对其力学性能及热力耦合性能进行分析研究。（1）以陶瓷材料的抗热震理论为基础,建立了BNNTs/Si3N4复合陶瓷的抗热震理论模型,得到了其力学性能及抗热震性能随气孔率及温度的变化关系。气孔率越大、温度越高,复合陶瓷的弹性模量、抗弯强度及抗热震性能均逐渐降低;（2）以模板法为基础,以Na BH4为硼源,以NH4Cl为氮源,利用单壁碳纳米管（CNTs）为模板在自制的不锈钢高压反应釜中制备合成了BNNTs。对其表征分析表明,BNNTs具有较高的纯度及良好的结晶性能,纳米管的直径约25 nm,长度约0.5-2um,表面光滑,有明显的中空管状结构,长度较长,壁厚较薄且分布均匀,包覆效果良好。对其制备机理的分析表明,BNNTs良好的继承了CNTs的管状结构。该方法工艺过程简单、合成温度低,是一种高效的、高产率的BNNTs的制备方法,能够满足材料制备的需要。（3）利用真空热压烧结法制备了BNNTs/Si3N4复合陶瓷试样及涡轮转子。对其力学性能的测试分析表明,BNNTs/Si3N4复合陶瓷具有较高的相对密度及抗... 

【文章来源】：济南大学山东省

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 Si_3N_4陶瓷概述
        1.2.1 Si_3N_4晶体结构
        1.2.2 Si_3N_4陶瓷的性能
        1.2.3 Si_3N_4陶瓷的制备
        1.2.4 Si_3N_4陶瓷的应用
    1.3 BNNTs概述
        1.3.1 BNNTs的结构
        1.3.2 BNNTs的性能
        1.3.3 BNNTs的制备
        1.3.4 BNNTs的应用
    1.4 汽车发动机废气涡轮增压器概述
        1.4.1 传统增压器应用现状
        1.4.2 陶瓷增压器应用现状
    1.5 本课题研究的意义和目的
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 研究目的
    1.6 本课题研究的内容和方法
        1.6.1 研究内容
        1.6.2 研究方法
第二章 BNNTs/Si_3N_4复合材料抗热震数学模型的建立
    2.1 陶瓷材料抗热震理论
        2.1.1 Kingery抗热震断裂理论
        2.1.2 Hasselman抗热震损伤理论
    2.2 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷抗热震性能
        2.2.1 BNNTs/Si_3N_4第一抗热震因子R与气孔率P的关系
        2.2.2 BNNTs/Si_3N_4第二抗热震因子R' 与温度T的关系
    2.3 本章小结
第三章 单壁碳纳米管模板法制备BNNTs
    3.1 引言
    3.2 实验设备
    3.3 实验方法
        3.3.1 实验原材料
        3.3.2 实验步骤
        3.3.3 组织结构性能表征
    3.4 实验结果与讨论
    3.5 BNNTs合成机理
    3.6 本章小结
第四章 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷试样及涡轮制备与力学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验设备
    4.3 实验方法
        4.3.1 实验原材料
        4.3.2 实验步骤
        4.3.3 力学性能测试
        4.3.4 物相及显微结构表征
    4.4 实验结果与讨论
        4.4.1 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷烧结机理
        4.4.2 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷试样力学性能
        4.4.3 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷试样的物相及微观形貌
    4.5 本章小结
第五章 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷试样及涡轮抗热震性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验设备
    5.3 实验方法
        5.3.1 抗热震性能测试
        5.3.2 物相及显微结构表征
    5.4 实验结果与讨论
        5.4.1 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷试样的抗热震性能
        5.4.2 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷涡轮的抗热震性能
    5.5 本章小结
第六章 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷涡轮转子热力耦合分析研究
    6.1 引言
    6.2 三维模型的建立
    6.3 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷涡轮转子的力场分析
        6.3.1 网格划分及参数设置
        6.3.2 结果分析
        6.3.3 拟合经验公式
    6.4 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷涡轮转子的热场分析
        6.4.1 参数设置
        6.4.2 结果分析
        6.4.3 拟合经验公式
    6.5 BNNTs/Si_3N_4复合陶瓷涡轮转子的热力耦合分析
        6.5.1 参数设置
        6.5.2 结果分析
        6.5.3 拟合经验公式
    6.6 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]单壁碳纳米管模板法快捷制备高纯度氮化硼纳米管技术[J]. 李亚东,王守仁,白玉俊.  济南大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]Recent Progress on Fabrications and Applications of Boron Nitride Nanomaterials:A Review[J]. Xiang-Fen Jiang,Qunhong Weng,Xue-Bin Wang,Xia Li,Jun Zhang,Dmitri Golberg,Yoshio Bando.  Journal of Materials Science & Technology. 2015(06)
[3]柴油机增压器Si3N4陶瓷涡轮的制造与性能研究[J]. 于航海,杨丽颖,王守仁.  机床与液压. 2012(01)
[4]氮化硼纳米管的研究现状[J]. 刘伯洋,贾德昌.  材料科学与工艺. 2008(03)
[5]氮化硅基陶瓷的摩擦磨损特性研究[J]. 孟凡英,郭绍义,刘曾岭,李兴俊,张术永.  浙江理工大学学报. 2008(01)
[6]碳热还原法合成氮化硼纳米管[J]. 籍凤秋,曹传宝,徐红,杨子光.  人工晶体学报. 2006(02)
[7]结构陶瓷抗热震性能及其机理的研究进展[J]. 宋世学,艾兴,黄传真.  陶瓷学报. 2002(04)
[8]微裂纹复相陶瓷材料的抗热震机制[J]. 隋万美,黄勇.  材料导报. 2000(02)
[9]汽车用涡轮增压器及其轻量化技术[J]. 塩田正彦,张耀宏.  国外内燃机. 1998 (05)
[10]车用发动机增压技术现状及市场预测(续)[J]. 张然治,任继文,綦天.  车用发动机. 1997(03)

硕士论文
[1]含孔隙陶瓷基复合材料基体的力学性能和失效问题研究[D]. 袁义云.南京航空航天大学 2008



本文编号：3643626