晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织演变的模拟研究

发布时间：2018-12-14 02:05

【摘要】：晶须增韧陶瓷刀具材料的出现一定程度上克服了传统陶瓷刀具材料断裂韧度低的缺点,拓宽了陶瓷刀具的应用范围。传统的晶须增韧陶瓷刀具材料的开发多采用“试凑法”进行,无法分析烧结工艺参数间的相互影响,研发成本高、周期长。本文建立了各向异性晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的蒙特卡洛模型,模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料在不同材料组分、不同烧结工艺条件下的微观组织演变行为,为晶须增韧陶瓷刀具材料的开发提供理论依据。建立了耦合烧结工艺参数的无缺陷晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛波茨模型,设计了材料的微观组织演变模拟算法,开发了三维模拟软件WRCTM-3DMS。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须分布状态对材料微观组织演变的影响。结果表明,呈三方向分布的晶须对基体晶粒的钉扎作用最强,呈两方向分布的晶须次之,单方向分布的晶须对基体晶粒的钉扎作用最弱:呈两方向或三方向分布的晶须形成的共同钉扎点强化了晶须对基体晶粒的钉扎作用。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须体积含量对材料微观组织演变的影响。结果表明,晶须能有效地抑制基体晶粒的生长,当晶须长径比一定时,晶须对基体晶粒生长的抑制作用随着晶须体积含量的增加而增强。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须长度对材料微观组织演变的影响。结果表明,当晶须体积含量和直径一定时,晶须对基体晶粒的钉扎作用随着晶须长度的增加而增强。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料中晶须直径对材料微观组织演变的影响。结果表明,当晶须体积含量和长度一定时,晶须对基体晶粒的钉扎作用随着晶须直径的增大而减弱。模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料的基体平均初始晶粒直径对材料微观组织演变的影响。结果表明,当晶须体积含量和长径比一定时,基体平均初始晶粒直径越大,则演变稳态后基体平均晶粒半径越大,基体晶粒生长速率越低,晶粒生长进入稳态所需的演变时间越短,最终进入基体晶粒内部的晶须数越少。建立了耦合烧结工艺参数的含有烧结助剂的晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛波茨模型,模拟研究了烧结助剂含量、烧结工艺参数对微观组织演变的影响。结果表明,当烧结助剂间的界面能与基体晶界能相同时,烧结助剂对基体晶粒生长的抑制作用随着烧结助剂含量的增加而增强;基体晶粒平均半径随着烧结温度、烧结压力的升高而增大,但烧结温度的影响更显著。建立了同时含有烧结助剂和气孔的晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛波茨模型,实现了含有气孔的微观组织演变模拟。结果表明,气孔的迁移和湮灭消耗了系统大量的能量,阻碍了基体晶粒生长。初始气孔含量越高,气孔对基体晶粒生长的阻碍作用越强;材料的致密化速率和材料的相对致密度随着随初始气孔含量的增加而降低。以Al2O3/SiC晶须增韧陶瓷刀具材料的烧结实验验证了本文所建立的模拟模型和模拟结果的正确性。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG711

【参考文献】