Al 2 O 3 基共晶陶瓷原位微观力学行为与组织韧化机制研究
发布时间：2023-03-20 04:24
作为新一代超高温结构材料,Al2O3基共晶陶瓷具备优异的高温力学性能、组织热稳定性、高温抗氧化性和抗蠕变性能,有望广泛应用于先进航空航天发动机和燃气轮机的高温结构部件。然而,目前Al2O3基共晶陶瓷的微观组织与材料力学性能之间的关系尚不够明确,对其断裂损伤行为和强韧化机制缺乏深入的研究。本文构建了Al2O3基共晶陶瓷的微观力学理论模型并结合有限元方法进行模拟分析;采用原位透射电镜微观力学技术对亚微米圆柱和微悬臂梁试样的微观力学性能进行测试,系统研究了微观组织、界面微结构和试样几何尺寸等因素对Al2O3基共晶陶瓷的微观变形和断裂行为的影响规律,从而揭示典型Al2O3基共晶陶瓷的塑性变形机制与强韧化机制。采用热压烧结制备了致密Al2O3/SmAlO3(SAP)陶瓷,其物相由α-Al2O3和SAP组成。当热压温度为1500℃时,烧结态Al2O3/SAP陶瓷具有最佳综合力学性能,致密度和平均晶粒尺寸分别为99%和1.3μm,室温抗弯强度和SENB断裂韧性分别为558MPa和5.59MPa·m1/2。烧结过程中原始粉体所含过饱和稀土元素通过扩散富集并形核长大,从而在Al2O3晶粒内部形成纳米析出...
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 本文研究背景及其意义
1.2 氧化物共晶陶瓷的研究进展
1.2.1 常见氧化物共晶陶瓷的成分和晶体结构
1.2.2 氧化物共晶陶瓷的制备工艺
1.2.3 Al2O3基共晶陶瓷的组织结构特征
1.2.4 Al2O3基共晶陶瓷的力学性能及其组织稳定性
1.3 脆性材料的断裂力学行为及模拟分析
1.3.1 脆性材料的断裂分析和有限元模拟
1.3.2 影响陶瓷强度的因素及其强韧化设计
1.4 微观力学测试的研究进展
1.4.1 原位微观力学测试方法和发展
1.4.2 陶瓷材料的微观力学测试研究进展
1.5 Al2O3基共晶陶瓷研究中存在的主要科学问题
1.6 本文的主要研究内容
第2章 试验材料及研究方法
2.1 Al2O3基共晶陶瓷的微观组织设计
2.2 试验材料的主要制备方法
2.2.1 共晶成分纳米粉体的制备工艺
2.2.2 热压烧结制备等轴晶陶瓷
2.2.3 高温熔凝制备共晶陶瓷
2.3 材料的组织结构分析
2.4 材料的力学性能测试及表征
2.4.1 维氏硬度的测试方法
2.4.2 抗弯强度和弹性模量的测试
2.4.3 断裂韧性的测试
2.4.4 原子力显微镜表征测试
2.5 微观力学的有限元仿真与样品制备测试技术
2.5.1 ABAQUS有限元模拟分析方法
2.5.2 FIB加工微观力学试样
2.5.3 原位TEM微观力学测试技术
第3章 Al2O3基复相陶瓷的微观力学模型及其力学行为模拟预测
3.1 引言
3.2 Al2O3基复相陶瓷的微观力学模型构建
3.3 Al2O3基复相陶瓷的微观单轴压缩模型及其力学行为模拟
3.4 Al2O3基复相陶瓷的微观力学试样与微观断裂行为模拟
3.4.1 Al2O3基复相陶瓷的微观力学试样设计
3.4.2 Al2O3基复相陶瓷的微观断裂行为预测
3.5 本章小结
第4章 烧结态与熔凝态Al2O3/SAP陶瓷的微观结构及其界面微观力学性能
4.1 引言
4.2 烧结态Al2O3陶瓷的微观组织结构和力学性能
4.2.1 烧结态Al2O3/SAP陶瓷的微观组织结构
4.2.2 烧结态Al2O3/SAP陶瓷的宏观力学性能及分析
4.2.3 烧结态Al2O3基复相陶瓷内纳米析出相的微观结构及形成分析
4.3 熔凝态Al2O3/SAP陶瓷的微观组织结构和力学性能
4.4 Al2O3/SAP陶瓷的不同界面组织及其界面微观力学性能
4.5 界面微观组织结构对界面性能的影响机制
4.6 本章小结
第5章 Al2O3基共晶陶瓷的原位微观单轴压缩行为及其塑性变形机制
5.1 引言
5.2 Al2O3基共晶陶瓷的微观组织和界面结构
5.3 Al2O3基共晶组成相的原位微观压缩变形行为
5.4 Al2O3基共晶陶瓷的原位微观压缩行为及塑性变形机制
5.4.1 不规则状Al2O3基共晶组织的微观压缩行为及变形机制
5.4.2 棒状Al2O3/GAP共晶组织的微观压缩行为及变形机制
5.4.3 Al2O3/EAG/ZrO2共晶组织的微观压缩行为及变形机制
5.5 本章小结
第6章 Al2O3基共晶陶瓷的原位微观断裂行为及其组织韧化机制
6.1 引言
6.2 Al2O3基共晶陶瓷的微观断裂行为及有限元分析
6.2.1 试样形状因素对微观断裂行为的影响
6.2.2 共晶组织分布和形态对微观断裂行为的影响
6.2.3 Al2O3/SAP和Al2O3/YSZ共晶陶瓷的微观断裂行为
6.3 Al2O3基共晶陶瓷的微观组织韧化机制
6.3.1 共晶微观组织结构的断裂韧性评估及其韧化机制
6.3.2 共晶组织中ZrO2相变对微观断裂过程的韧化效应
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3766678
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 本文研究背景及其意义
1.2 氧化物共晶陶瓷的研究进展
1.2.1 常见氧化物共晶陶瓷的成分和晶体结构
1.2.2 氧化物共晶陶瓷的制备工艺
1.2.3 Al2O3基共晶陶瓷的组织结构特征
1.2.4 Al2O3基共晶陶瓷的力学性能及其组织稳定性
1.3 脆性材料的断裂力学行为及模拟分析
1.3.1 脆性材料的断裂分析和有限元模拟
1.3.2 影响陶瓷强度的因素及其强韧化设计
1.4 微观力学测试的研究进展
1.4.1 原位微观力学测试方法和发展
1.4.2 陶瓷材料的微观力学测试研究进展
1.5 Al2O3基共晶陶瓷研究中存在的主要科学问题
1.6 本文的主要研究内容
第2章 试验材料及研究方法
2.1 Al2O3基共晶陶瓷的微观组织设计
2.2 试验材料的主要制备方法
2.2.1 共晶成分纳米粉体的制备工艺
2.2.2 热压烧结制备等轴晶陶瓷
2.2.3 高温熔凝制备共晶陶瓷
2.3 材料的组织结构分析
2.4 材料的力学性能测试及表征
2.4.1 维氏硬度的测试方法
2.4.2 抗弯强度和弹性模量的测试
2.4.3 断裂韧性的测试
2.4.4 原子力显微镜表征测试
2.5 微观力学的有限元仿真与样品制备测试技术
2.5.1 ABAQUS有限元模拟分析方法
2.5.2 FIB加工微观力学试样
2.5.3 原位TEM微观力学测试技术
第3章 Al2O3基复相陶瓷的微观力学模型及其力学行为模拟预测
3.1 引言
3.2 Al2O3基复相陶瓷的微观力学模型构建
3.3 Al2O3基复相陶瓷的微观单轴压缩模型及其力学行为模拟
3.4 Al2O3基复相陶瓷的微观力学试样与微观断裂行为模拟
3.4.1 Al2O3基复相陶瓷的微观力学试样设计
3.4.2 Al2O3基复相陶瓷的微观断裂行为预测
3.5 本章小结
第4章 烧结态与熔凝态Al2O3/SAP陶瓷的微观结构及其界面微观力学性能
4.1 引言
4.2 烧结态Al2O3陶瓷的微观组织结构和力学性能
4.2.1 烧结态Al2O3/SAP陶瓷的微观组织结构
4.2.2 烧结态Al2O3/SAP陶瓷的宏观力学性能及分析
4.2.3 烧结态Al2O3基复相陶瓷内纳米析出相的微观结构及形成分析
4.3 熔凝态Al2O3/SAP陶瓷的微观组织结构和力学性能
4.4 Al2O3/SAP陶瓷的不同界面组织及其界面微观力学性能
4.5 界面微观组织结构对界面性能的影响机制
4.6 本章小结
第5章 Al2O3基共晶陶瓷的原位微观单轴压缩行为及其塑性变形机制
5.1 引言
5.2 Al2O3基共晶陶瓷的微观组织和界面结构
5.3 Al2O3基共晶组成相的原位微观压缩变形行为
5.4 Al2O3基共晶陶瓷的原位微观压缩行为及塑性变形机制
5.4.1 不规则状Al2O3基共晶组织的微观压缩行为及变形机制
5.4.2 棒状Al2O3/GAP共晶组织的微观压缩行为及变形机制
5.4.3 Al2O3/EAG/ZrO2共晶组织的微观压缩行为及变形机制
5.5 本章小结
第6章 Al2O3基共晶陶瓷的原位微观断裂行为及其组织韧化机制
6.1 引言
6.2 Al2O3基共晶陶瓷的微观断裂行为及有限元分析
6.2.1 试样形状因素对微观断裂行为的影响
6.2.2 共晶组织分布和形态对微观断裂行为的影响
6.2.3 Al2O3/SAP和Al2O3/YSZ共晶陶瓷的微观断裂行为
6.3 Al2O3基共晶陶瓷的微观组织韧化机制
6.3.1 共晶微观组织结构的断裂韧性评估及其韧化机制
6.3.2 共晶组织中ZrO2相变对微观断裂过程的韧化效应
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3766678
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