蛋白质发泡法制备氮化硅泡沫陶瓷及其导热性能研究

发布时间：2017-07-30 10:30

  本文关键词：蛋白质发泡法制备氮化硅泡沫陶瓷及其导热性能研究

  更多相关文章： 氮化硅泡沫陶瓷 蛋白质发泡法 有限元模拟 导热性能 孔隙率

【摘要】：氮化硅泡沫陶瓷是一种新型陶瓷材料,能承受高温,可用于制造业、航天工业等领域,具有广泛的应用前景。本文以制备出孔隙率高、孔隙分布均匀的闭孔氮化硅泡沫陶瓷试样为目标,对蛋白质发泡法工艺进行改进并系统研究;同时,本文建立更为接近真实泡沫材料结构的三维模型,并在此基础上对氮化硅泡沫陶瓷的导热性能进行有限元仿真研究。主要研究内容如下:首先,基于蛋白质发泡法工艺原理开展氮化硅泡沫陶瓷制备实验研究并进行缺陷分析。通过改变发泡剂、改善固化工艺以及改变搅拌方向等方式对蛋白质发泡法制备氮化硅泡沫陶瓷工艺进行改进,采用正交试验法系统研究发泡剂加入量、蔗糖加入量及发泡时间对孔隙率和密度的影响,得到最佳成形条件,制备出孔隙分布均匀的氮化硅泡沫陶瓷试样;其次,针对泡沫材料建立孔壁结构可调的二维随机圆模型、三维随机球体模型、二维Voronoi模型和三维Voronoi模型,基于Matlab平台生成孔隙率和孔径范围可调的三维球体模型,最小壁厚可调的三维Voronoi模型,得到更符合泡沫材料的模型结构;最后,对不同孔隙率的氮化硅泡沫陶瓷试样进行导热系数的测定实验,分析孔隙率与导热性能的关系;用三维球体模型生成不同孔隙率的氮化硅泡沫模型,利用Workbench软件对其进行导热性能的有限元模拟,模拟结果与实验结果一致,可用于指导生产实际。
【关键词】：氮化硅泡沫陶瓷 蛋白质发泡法 有限元模拟 导热性能 孔隙率
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 泡沫陶瓷制备方法12-15
• 1.4 蛋白质发泡法制备泡沫陶瓷15-17
• 1.4.1 蛋白质发泡法发泡原理15-16
• 1.4.2 影响蛋白质发泡的因素16
• 1.4.3 蔗糖的作用16-17
• 1.5 氮化硅陶瓷的应用17
• 1.6 课题研究意义和主要内容17-19
• 1.6.1 研究意义17-18
• 1.6.2 研究内容18-19
• 第2章 蛋白质发泡法制备氮化硅泡沫陶瓷实验研究19-36
• 2.1 实验材料及设备19-20
• 2.1.1 实验材料19
• 2.1.2 实验设备19-20
• 2.2 实验步骤及具体安排20-22
• 2.2.1 实验步骤20-21
• 2.2.2 实验具体安排21-22
• 2.3 实验结果及缺陷分析22-27
• 2.3.1 孔隙分布不均匀23
• 2.3.2 孔隙率较低23-24
• 2.3.3 开孔的形成24-25
• 2.3.4 裂纹25-26
• 2.3.5 凹缩26-27
• 2.3.6 样品未聚拢27
• 2.4 优化后的实验安排与结果27-35
• 2.4.1 蛋清发泡27-28
• 2.4.2 优化后的实验安排28
• 2.4.3 正交实验设计28-29
• 2.4.4 孔隙率的检测方法29-30
• 2.4.5 正交实验结果30
• 2.4.6 极差分析30-32
• 2.4.7 优化工艺条件的确定32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 泡沫氮化硅物理建模的研究36-50
• 3.1 引言36-37
• 3.2 多孔材料典型模型37-40
• 3.2.1 Gibson-Ashby模型37-39
• 3.2.2 新八面体模型39
• 3.2.3 十四面体模型39-40
• 3.3 Voronoi模型40-46
• 3.3.1 Voronoi图的定义41
• 3.3.2 Voronoi的性质41-42
• 3.3.3 二维Voronoi模型42-44
• 3.3.4 三维Voronoi模型44-46
• 3.4 球体模型46-49
• 3.4.1 二维圆模型46-48
• 3.4.2 三维球体模型48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 泡沫氮化硅导热性能的研究及其有限元分析50-65
• 4.1 引言50-51
• 4.2 泡沫材料导热机理51-54
• 4.2.1 各向异性材料导热51-52
• 4.2.2 泡沫材料内的热量传递52
• 4.2.3 泡沫材料导热系数52-54
• 4.3 导热系数测定实验54-59
• 4.3.1 实验器材54-56
• 4.3.2 实验原理56-57
• 4.3.3 实验步骤57
• 4.3.4 基本参数及有关计算57-58
• 4.3.5 实验数据及结果58-59
• 4.4 氮化硅泡沫陶瓷导热性能的有限元分析59-64
• 4.4.1 有限元软件介绍59-60
• 4.4.2 模型描述60-61
• 4.4.3 模拟结果分析61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

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本文编号：593826