本文關鍵詞：高溫結構陶瓷的表面強化工藝及其強韌化機理研究

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【摘要】：高溫結構陶瓷因具備高溫強度高、硬度高、耐腐蝕等優(yōu)異性能,在航空航天、機械、化工等領域都有廣泛的應用。但陶瓷材料的脆性大,對表面裂紋十分敏感,導致其使用可靠性和抗破壞性較差,從而制約了高溫結構陶瓷的廣泛應用。本論文針對高溫結構陶瓷的本征脆性和抗沖擊性能差這一瓶頸問題,通過借鑒生物復合材料自愈合現象來改變和優(yōu)化高溫陶瓷的表面微結構,提出噴丸-裂紋自愈合改性設計來實現高溫結構陶瓷的表面強韌化,開辟一條提高脆性材料強韌性的有效途徑。本論文主要通過研究高溫結構陶瓷表面噴丸工藝優(yōu)化,建立噴丸工藝參數對材料力學性能的影響規(guī)律,為高溫結構陶瓷材料的表面強化工藝提供分析依據；另外,針對多孔TiB2-SiC陶瓷和致密ZrB2-SiC復合陶瓷兩類結構陶瓷,研究了不同表面強韌化工藝與力學性能之間的定量關系,并研究其強韌化機理。這些工作可以為高溫結構陶瓷的強韌化設計、性能優(yōu)化、合理使用以及壽命評估等提供精確指導。主要研究內容如下：1.利用有限元軟件ABAQUS建立了噴丸過程模型,調節(jié)噴丸工藝中不同參數并分析其對試樣殘余應力場的影響,結果表明噴丸處理在陶瓷試樣內部產生了殘余應力場,可以有效提高陶瓷試樣強度。2.為了探究表面裂紋自愈合增韌方法對于多孔結構陶瓷的適用性,研究多孔TiB2-SiC陶瓷試樣的表面強韌化。將試樣放置在800℃-1400℃的環(huán)境中預氧化處理,保溫時間從5min-360min不等。觀察處理前后的微觀結構,并測試氧化前后陶瓷試樣的彎曲強度,研究了預氧化溫度和時間等工藝參數對多孔TiB2-SiC陶瓷力學性能的影響和增韌機理。3.以致密ZrB2-SiC復合陶瓷材料為研究對象,首次提出了預氧化+噴丸+裂紋愈合的復合增韌方法來提高材料的可靠性。為了檢驗該方法的有效性,我們研究了不同噴丸壓力下試樣的力學性質,并與噴丸+裂紋愈合試樣作對比,發(fā)現該新方法可以有效地提高陶瓷材料的彎曲強度,實現陶瓷材料增韌。本論文工作屬于前沿性的基礎研究,其研究成果將進一步豐富和發(fā)展高溫結構陶瓷材料強韌化的科學理論,同時為高溫結構陶瓷材料在國家高新技術領域裝備的關鍵熱端部件上的使用提供理論基礎和技術儲備。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.6

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本文編號：1182204