發(fā)布時(shí)間：2018-03-12 20:39

  本文選題：相對(duì)法　切入點(diǎn)：陶瓷涂層　出處：《中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：材料性能評(píng)價(jià)和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料安全服役是至關(guān)重要的。然而,在現(xiàn)代工程材料或復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)的性能評(píng)價(jià)領(lǐng)域,仍存在各種嚴(yán)重制約材料應(yīng)用和發(fā)展的盲區(qū),即現(xiàn)有的測(cè)試方法和技術(shù)無法直接獲得材料性能。例如近些年在航空航天等領(lǐng)域快速發(fā)展和應(yīng)用的陶瓷涂層,它的性能評(píng)價(jià)方法和技術(shù)相對(duì)于材料的研發(fā)嚴(yán)重滯后,陶瓷涂層的關(guān)鍵性能,包括熱膨脹系數(shù)、密度、高溫下的彈性模量和斷裂強(qiáng)度等都沒有可用的評(píng)價(jià)手段和標(biāo)準(zhǔn)。又如當(dāng)前新能源領(lǐng)域的熱點(diǎn),光伏建筑一體化中的建筑用光伏雙玻組件,其額定工作溫度等性能的測(cè)試方法尚屬于空白。這些問題的共同點(diǎn)是,材料在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)或環(huán)境下無法直接測(cè)試獲得所需性能,因此,探索間接的測(cè)試方法來評(píng)價(jià)材料性能是國(guó)內(nèi)外測(cè)試工作者們緊迫而重要的任務(wù)。針對(duì)這一重大技術(shù)需求和問題,本研究發(fā)展了一種間接的材料性能評(píng)價(jià)方法——相對(duì)法,基本原理是通過建立可測(cè)(或已知)參量和難測(cè)參量之間的解析關(guān)系,從而可以通過現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)測(cè)量可測(cè)參量而獲得難測(cè)參量,繞過了直接測(cè)試難測(cè)參量的這一難題。針對(duì)陶瓷涂層的物理性能無法像單質(zhì)材料一樣直接測(cè)試的難題,研究利用等效剛度模型建立了陶瓷涂層彈性模量與基體樣品彈性模量和基體/涂層復(fù)合樣品彈性模量和三者間的理論關(guān)系,而復(fù)合體的彈性模量和基體的彈性模量很容易通過彎曲法或脈沖激勵(lì)法測(cè)得。將相對(duì)法和脈沖激勵(lì)法結(jié)合形成脈沖激勵(lì)相對(duì)法,此方法不僅很方便測(cè)試常溫彈性模量,而且可以測(cè)試涂層在高溫下的彈性模量。在此基礎(chǔ)上,建立了不同涂層結(jié)構(gòu),包括單面涂層、雙面涂層和四面涂層的涂層彈性模量的計(jì)算公式和測(cè)試方法,并推廣到多層陶瓷涂層每一層彈性模量的測(cè)試方法,具體是將被測(cè)層看做一單層涂層,其余部分看做是一個(gè)等效基體,形成涂層-基體系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。脈沖激勵(lì)法評(píng)價(jià)固體材料彈性模量具有方便、快捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn),但一直無法用于陶瓷涂層的測(cè)試。本研究突破了這一瓶頸,解決了高溫下涂層彈性模量無法測(cè)試的難題。并分別利用CVD Si C涂層、釉面磚上的釉涂層和金屬基熱障涂層的彈性模量實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本方法的可行性和準(zhǔn)確性。同樣,為了解決陶瓷涂層熱膨脹系數(shù)和密度無法直接測(cè)試的難題。利用相對(duì)法并結(jié)合界面均勻應(yīng)力模型建立起涂層熱膨脹系數(shù)、復(fù)合體樣品的熱膨脹系數(shù)與基體樣品熱膨脹系數(shù)三者間的理論關(guān)系式。而后兩個(gè)參數(shù)可以方便的使用熱膨脹儀來測(cè)得,從而可以求出陶瓷涂層的熱膨脹系數(shù)。采用CVD Si C涂層的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本方法的可行性。利用相對(duì)法并結(jié)合阿基米德排水法的原理,推導(dǎo)出陶瓷涂層密度、基體密度和復(fù)合體密度三者之間的理論關(guān)系式。而基體和復(fù)合體的密度可以通過阿基米德排水法獲得,從而求出涂層的密度。無論哪種性能參數(shù)的評(píng)價(jià),基本流程均為相似的三個(gè)步驟,故也可稱為三步法:第一步測(cè)試復(fù)合樣品的性能;第二步測(cè)試基體樣品的性能;第三步利用上面測(cè)到的兩個(gè)參數(shù)帶入三者之關(guān)系式算出涂層的性能。從而用這種簡(jiǎn)便的方法,可以求出過去國(guó)內(nèi)外無法測(cè)試的三個(gè)涂層的物理性能。另外,針對(duì)建筑用光伏組件(通常為光伏雙玻組件)的額定工作溫度無法在實(shí)際工作環(huán)境中直接測(cè)試且目前還沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范雙玻組件額定工作溫度測(cè)試方法的問題,采用相對(duì)法來作為解決方案。針對(duì)四種雙玻組件,利用相對(duì)法分析了用室內(nèi)測(cè)試環(huán)境代替室外實(shí)際工作環(huán)境的可行性,建立太陽(yáng)能電池額定工作溫度的室內(nèi)測(cè)試方法,根據(jù)雙玻組件的實(shí)際工作特性,分析了環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速和最佳負(fù)載對(duì)雙玻組件工作溫度影響以及這些條件的實(shí)現(xiàn)方法。利用測(cè)溫?zé)犭娕紮z測(cè)出雙玻組件的蓋板溫度、電池溫度和背板溫度,從而可獲得電池組件的額定工作溫度。并將相同組件在室外進(jìn)行了長(zhǎng)期的對(duì)比試驗(yàn),室外測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了室內(nèi)測(cè)試方法的可行性。本研究的主要成果概括為:從理論上建立了涂層性能評(píng)價(jià)的三種相對(duì)法性能本構(gòu)關(guān)系,從而使得涂層性能無法測(cè)試的僵局得以突破,并通過實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。同時(shí)也將相對(duì)法用于光伏雙玻組件的額定工作溫度的測(cè)試。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4

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本文編號(hào)：1603216