晶粒尺寸和介质温度对陶瓷热震性能影响的研究

IMECH-IR > 非线性力学国家重点实验室

	晶粒尺寸和介质温度对陶瓷热震性能影响的研究
英文题名	Study of Influences of Grain Size and Medium Temperature on Thermal Shock Property of Ceramic Materials
	盛世龙
导师	白以龙研究员许向红副研究员
	2016
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	博士
学位专业	固体力学
摘要	陶瓷材料具有高温力学性能、高温抗氧化和高温抗腐蚀等优异性能，而广泛用于高温结构构件。然而，陶瓷材料在其高温使役过程中，常常会遭受环境温度骤变（热震）而产生裂纹、甚至失效，严重制约了陶瓷材料的高温应用。因此，抗热震性能是衡量陶瓷材料能否作为高温工程构件的关键指标之一。研究陶瓷的热震损伤机制以期提高其抗热震性能，具有重要的学科价值和广泛的应用前景。本文以工程典型陶瓷Al2O3为研究对象，采用水淬方式，结合数值模拟和理论分析，研究了晶粒尺寸和水温对陶瓷热震性能的影响规律和作用机制。 1、理论推导了热震方式和冷震方式的应力演化过程，并对它们的破坏位置、方式和时间分别进行了预测；同时基于陶瓷热震的统计细观损伤模型，对热震和冷震过程进行了计算模拟，得到了与理论预测相符的结果，论证了水淬冷震方式的有效性。 2、制备了不同晶粒尺寸的Al2O3陶瓷材料，实验表征和对比分析了粗晶和细晶两种陶瓷薄片试样的热震性能，研究了晶粒尺寸对陶瓷材料的临界热震温差、热震残余强度和热震裂纹特征的影响；基于陶瓷热震的统计细观损伤模型，构建了多晶陶瓷的微观结构模型，初步探讨了晶粒尺寸和晶界相对强度对陶瓷热震性能影响的微观机理，为提高陶瓷材料抗热震性能的微结构设计提供了设计思路。 3、开展了不同水温和热震温差下Al2O3陶瓷条状试样的水淬实验，实验表征了Al2O3陶瓷试样的热震裂纹密度、裂纹深度和分叉长度等裂纹特征，研究了水温和热震温差对陶瓷热震行为的影响；基于陶瓷热震裂纹演化的统计细观损伤模型，通过对比分析热震裂纹终态特征反演陶瓷热震过程中的换热系数，获得了换热系数随水温和热震温差的变化规律，探讨了水温和热震温差对陶瓷热震性能的影响机制。 4、开展了不同水温和热震温差下Al2O3陶瓷薄片的水淬实验，定量表征了热震行为随水温和热震温差的变化特征；基于最小势能原理，针对物性参数为常数和温度相关两种情形，反演出不同水温和热震温差下陶瓷薄片在水淬过程中的换热系数，探讨了陶瓷物性参数温度依赖性对其热震行为的影响。
索取号	31355
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/59411
专题	非线性力学国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	盛世龙. 晶粒尺寸和介质温度对陶瓷热震性能影响的研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2016.

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201665111912.pdf（5484KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文