先进陶瓷材料的强韧性及抗热震性研究

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1、摘要本论文以纳米复合陶瓷刀具材料的残余热应力、强韧性和抗热震性以及不同形状梯度功能材料的抗热震性为研究内容，对以高强韧和高抗热震性为目标研究开发新型梯度功能及纳米复合陶瓷刀具材料具有重要的理论价值和实际意义。建立微观结构分析模型，求解含纳米增强相陶瓷复合材料的残余热应力，计算分析纳米增强相引起的残余热应力在基体内的分布大小及规律；研究了塑性变形对残余热应力的影响；分析了内晶型和晶『日J型纳米复合陶瓷材料的残余热应力。对纳米复合陶瓷刀具材料的增韧补强机制进行了较深入的研究，研究了不同热胀失配时的强韧性机理；对几种增韧机制的贡献进行了分析，导出了纳米颗粒的

2、最佳含量计算式及临界晶粒尺寸；建立了纳米复合陶瓷材料强度与残余热应力的关系。研究了弥散TiC纳米颗粒对A1203基体和Si3N4基体微观结构的影响，分析了其强韧化机理。研究了纳米复合陶瓷材料的抗热震临界温差；分析了纳米复合陶瓷材料的抗热震性与断裂韧性之间的关系，导出了抗热震性与纳米增强颗粒相尺寸的关系；分析了A1203／TiC纳米复合和Si3NgTiC纳米复合陶瓷材料的抗热震性。在陶瓷材料临界应力断裂理论的基础上，通过求解第三类边界条件下无限长圆柱体和球体梯度功能陶瓷材料的瞬态温度场及瞬态热应力场，得到其表面达到临界应力的l插界温差，并将其定义为抗热震

3、参数；研究了不同形状陶瓷构件的热冲击行为；并据此分别建立了引起这两种形状陶瓷构件表面临界热应力的临界温差表达式作为它们的抗热震参数；并深入分析了陶瓷构件形状对抗热震性的影响；提出高抗热震性梯度功能陶瓷材料的设计原则。关键词：残余热应力、强韧性、抗热震性、纳米复合、梯度功能材料本课题得到国家自然科学基金(50105011)和全国优秀博士学位论文作者专项基金(200231)资助。山东大学硕+学位论文ABSTRACTResidualthermalstress，toughening—strengtheningmechanismsandthermalshockr

4、esistanceofnanocompositeceramictoolmaterialsaSWellasthermalshockresistanceoffunctionallygradientmaterialswithdifferentshapeswereinvestigatedasthemaincontentofthisthesis，whichareofgreatimportanceforthedesignanddevelopmentoffunctionallygradientceramictoolmaterialsandnanocompsitece

5、ramictoolmaterialswithhightougheningandstrengthening嬲wellashi曲thermalshockresistance．ThetheoreticalmodelforstudyingthemicroresidualthermalstressesinnanocompositeceramictoolmaterialWasestablished，bywhichthevaluesandthedistributionofresidualthermalstressesinducedbythenanoinclusion

6、swereobtained．TheeffectofplasticitydeformationonresidualthermalstressWasinvestigated．Theresidualthermalstressesintheintraandtheintergranularofnanocompsiteceramictoolmaterialswereanalyzed．Thetougheningandstrengtheningmechanismsofnanocompsiteceramictoolmaterialswerethoroughlyresea

7、rched．Thecontributionsofseveraltougheningandstrengtheningmechanismswereanalyzed．Theoptimalcontentandcriticalsizeformulasofnanogranulewereeduced．Therelmionbetweennanocompsiteceramicstrengthandresidualthermalstresseswasestablished．ThemicrostructureofceramiccompositematerialA1203an

8、dSi3N4reinforcedbyTiCn∞。particles硒well鹊thetou曲e