高強度BNNTs/Si3N4復(fù)合陶瓷的強韌化機理與高溫性能研究

氮化硼納米管(Boron nitride nanotubes，BNNTs)具有優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)熱性、抗氧化性、化學(xué)穩(wěn)定性及高的彈性模量，在高溫及其它惡劣環(huán)境中有著廣泛的應(yīng)用前景，然而宏量制備技術(shù)的缺乏是目前氮化硼納米管性能研究與應(yīng)用的瓶頸。本項目提出一種以碳納米管作模板、在較低溫度下大量制備氮化硼納米管的新技術(shù)，并通過熱壓燒結(jié)制備氮化硼納米管/氮化硅復(fù)合陶瓷，對其室溫和高溫力學(xué)性能、抗熱震性、高溫蠕變性能、熱穩(wěn)定性、抗氧化性能等進行測試。利用XRD、TEM、HRTEM、F-SEM等觀察分析材料的微觀結(jié)構(gòu)，研究氮化硼納米管的加入、分散、燒結(jié)工藝等對氮化硅復(fù)合陶瓷高溫性能的影響，闡明氮化硼納米管與氮化硅復(fù)合陶瓷性能之間的內(nèi)在聯(lián)系及作用機理，建立氮化硼納米管補強增韌氮化硅陶瓷復(fù)合材料的理論模型，探討強韌化機理，為進一步研究與開發(fā)氮化硼納米管增強陶瓷基復(fù)合材料提供可靠的理論指導(dǎo)和依據(jù)。 2100433B

首次系統(tǒng)地提出基于半連續(xù)鑄造的高溫強韌性變形鋁硅合金概念。前期研究工作獲得了具有細小等軸晶、硅顆粒彌散分布的軋制與擠壓組織，部分合金塑性指標(biāo)處于國際前列，首次發(fā)現(xiàn)共晶組織在加熱過程中伴隨硅相顆?；X基體等軸細晶組織的形成?；诎脒B續(xù)鑄造，結(jié)合形變熱處理，低成本工業(yè)制造高溫強韌性變形鋁硅合金已經(jīng)可能。本研究將針對發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，開展有關(guān)變形鋁硅合金的塑性變形機理和高溫強韌化機理的研究，包括：多相共存狀態(tài)下，熱處理過程中鑄態(tài)共晶組織硅相顆?；c共晶鋁基體細晶化機理。多相共存狀態(tài)下，半連續(xù)鑄造多元鋁硅合金在變形過程中的顆粒誘發(fā)動態(tài)再結(jié)晶機理；高溫穩(wěn)定第二相粒子在變形、熱處理過程中的分布、相變過程與材料的高溫強韌機理并研制出適合活塞加工滿足高溫力學(xué)性能要求的合金。

• 版次：1

• 商品編碼：12795455

• 品牌：化學(xué)工業(yè)出版社

• 包裝：平裝

• 開本：32開

• 用紙：膠版紙

• 頁數(shù)：190

• 正文語種：中文

內(nèi)容簡介

《石墨烯強韌化復(fù)相陶瓷刀具材料及性能研究》詳細地分析了石墨烯強韌化氧化鋁基陶瓷刀具材料的設(shè)計及性能：通過在氧化鋁基陶瓷刀具材料中加入石墨烯來調(diào)節(jié)界面結(jié)構(gòu)，借助計算力學(xué)技術(shù)和有限元分析技術(shù)，分析了陶瓷復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能之間的關(guān)系，設(shè)計并構(gòu)筑了石墨烯強韌化氧化鋁-碳化鈦復(fù)相陶瓷材料界面，引入多種強韌化機制，以顯著提高陶瓷刀具材料的切削性能。這對提高淬硬鋼等難加工材料的加工效率具有重要的實際意義，也對后續(xù)石墨烯的分散方式以及石墨烯的改性方式的研究提供理論依據(jù)。

本書可供刀具設(shè)計人員及高等院校相關(guān)專業(yè)院校師生參考。

目錄

第1章陶瓷刀具材料概述1

1.1切削刀具材料1

1.2陶瓷刀具材料的發(fā)展及研究現(xiàn)狀4

1.2.1陶瓷刀具材料的發(fā)展4

1.2.2陶瓷刀具材料的分類6

1.2.3陶瓷刀具材料強韌化機理8

1.2.4氧化鋁陶瓷刀具研究現(xiàn)狀13

1.2.5界面調(diào)控及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用14

1.2.6石墨烯-陶瓷復(fù)合材料研究現(xiàn)狀16

1.3陶瓷刀具材料設(shè)計與研究方法19

1.3.1陶瓷材料設(shè)計方法19

1.3.2多尺度方法概述22

1.3.3基于計算幾何的仿真技術(shù)26

第2章陶瓷刀具材料界面性質(zhì)30

2.1材料計算概述31

2.2建模理論32

2.2.1CASTEP介紹32

2.2.2CASTEP的使用34

2.2.3密度泛函理論35

2.2.4基于密度泛函理論的計算方法38

2.3界面結(jié)構(gòu)與材料性能的關(guān)系40

2.4晶體體性質(zhì)的計算42

2.4.1能帶理論42

2.4.2α-氧化鋁的體性質(zhì)44

2.4.3碳化鈦的體性質(zhì)49

2.4.4石墨烯的性質(zhì)52

2.5晶面性質(zhì)的計算54

2.5.1α-氧化鋁表面性質(zhì)的計算55

2.5.2碳化鈦表面性質(zhì)的計算57

2.6界面性質(zhì)的計算59

2.6.1氧化鋁和碳化鈦界面61

2.6.2石墨烯與其他晶面的界面62

2.7界面結(jié)合強度計算63

第3章基于微觀結(jié)構(gòu)有限元分析模型的陶瓷刀具材料性能預(yù)報68

3.1模擬方法概述69

3.2材料微觀結(jié)構(gòu)有限元分析模型70

3.2.1代表性體積單元70

3.2.2微觀結(jié)構(gòu)幾何模型72

3.2.3晶粒位向及材料各向異性76

3.2.4損傷和斷裂準(zhǔn)則78

3.3微觀結(jié)構(gòu)有限元模型仿真參數(shù)確定82

3.3.1內(nèi)聚力單元剛度82

3.3.2晶粒形狀86

3.3.3模型可靠性驗證88

3.3.4含石墨烯的陶瓷刀具材料有限元分析模型88

3.4基于微觀結(jié)構(gòu)有限元模型的性能預(yù)報模型 91

3.4.1基于數(shù)值的均勻化方法簡介91

3.4.2性能預(yù)報模型中宏、微觀參數(shù)的關(guān)聯(lián)92

3.4.3斷裂韌性的預(yù)測模型及影響因素97

3.4.4抗彎強度的預(yù)測模型及影響因素106

第4章石墨烯強韌化復(fù)相陶瓷刀具材料制備及力學(xué)性能118

4.1刀具材料制備118

4.1.1原材料概述118

4.1.2材料相容性判定119

4.1.3石墨烯的分散121

4.1.4刀具材料的制備流程122

4.1.5材料的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)測試方法124

4.2所制備材料的力學(xué)性能126

4.3復(fù)合陶瓷刀具材料微觀結(jié)構(gòu)分析127

4.3.1粉料微觀形貌及燒結(jié)前后材料的成分對比127

4.3.2試樣表面壓痕裂紋分析130

4.3.3斷口微觀形貌分析132

4.3.4界面結(jié)構(gòu)觀察135

4.4石墨烯的作用機理分析138

4.4.1界面差分電子密度計算138

4.4.2強弱界面協(xié)同強韌化139

4.4.3石墨烯其他強韌化機理140

4.5石墨烯強韌化陶瓷刀具材料的各向異性141

第5章石墨烯強韌化復(fù)相陶瓷刀具切削性能147

5.1試驗條件147

5.2切削過程與切屑形態(tài)150

5.3切削力與切削溫度152

5.4石墨烯含量對陶瓷刀具損傷特征的影響156

5.5刀具壽命與刀具失效演變161

5.6刀具失效特征與失效機理167

參考文獻173