陶瓷烧结理论中的若干问题

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1、中国科学技术大学博士学位论文陶瓷烧结理论中的若干问题姓名：叶日晴申请学位级别：博士专业：固体力学指导教师：赵建华;何陵辉2000.5.1摘要本文首先介绍了研究陶瓷材料缝绫行为的重要性，然后对目前烧结燃系和晶粒生长研究领域的现状进行了概述。惘述了本文研究的动机、内容和意义。考虑颗粒为规则堆积的各向同性材料，在表面张力驱动下的宏观烧结行为。首先利用变分方法，将细观结构离散成单元，得到了用节点力和节点速度表示的体积粘性、剪切粘性的表达式。在构造了基本控制方程的基础上，用有限元方法模拟了氧化锆(Zirconia)陶瓷等温烧结初期和中期的

2、演化过程，计算得到体积粘性、剪切粘性等材料参数。模拟结果同R．M．McMeeking等基于晶界扩散推导出来的结果比较符合，较好地说明了烧结体的密化率演化。同前人的分析相比，其结果更富有物理意义。针对Miller和Lange的纤维烧结实验，分析了棒状颗粒的演化，提出了一些控制纤维热力学演化过程的措施。结果发现：在忽略三叉点的局部平衡的情况时，假定颗粒的中间形态为“圆桶”形。不论是颗粒的长径比(L。／D。)还是颗粒的平衡二面角(虬)，都对颗粒的演化有影响。￡。／D。小于一定值，颗粒之间仍将保持“竹节”状连接状态；妒，越大，即和表面能

3、相比，比晶界能越小，临界的厶／D。也越大。考虑三叉点的局部平衡时，不对颗粒的中间形态加以限制，此时颗粒仍然具有旋转对称性。初始状态相同的颗粒有两种平衡形态，具体的物质传输机制将确定颗粒的最终演化状态。颗粒的长径比和颗粒的平衡二面角，对颗粒的演化都有影响。当厶，D。小于一定的数值，颗粒之间保持“竹节”状连接状态；当k／D。大于一定值时，颗粒会出现“漏斗形”。当颗粒的长径比较大的时候，“圆桶”形假设不再适合棒状颗粒的演化过程，应该采用本文中一般形式的分^r、付h卜“一。以MonteCarlo方法为基础，通过改进的Potts算法，对单

4、相材料，建立了一套适合在个人计算机上使用的模拟程序。实现了对多晶材料在退火中晶粒生氏过程的结构演化的让篡熟搓拟和续盐锄丘V。陶以前的模拟过程相比，计算量减少，逼真度较高。生长指数的模拟值约为l／3，与正常晶粒拓扑演化和理论分析的生长动力学相符合。-最盾对全文工作进行了总结和展望。ioSomeProblemsintheTheoryofSinteringCeramicsAbstractTheimportanceofinvestigatingsinteringbehaviorofceramicmaterialsisoresented．

5、Thenthecurrentstateofresearchonconstitutivelawofsinteringandgraingrowthiscomprehensivelyreviewed．Thepurpose，maincontentsandsignificanceofthisthesisarestated．Fortheisotropicmaterialsregularlypackedwithparticles，themacrosinteringbehaviordrivenbysurfacetensionisconsider

6、ed．Themicrostructurewasdiscretedintoelements．Theformulaofbulkviscosityandshearviscositywereexpressedbynodeforcesandnodevelocities．Theevolutionprocessofinitialstageandintermediatestagesinteringofzirconiawassimulated．Thematerialparameterssuchasbulkviscosityandshearvisc

7、ositywereobtained．Thesimulatedresultsaccordwiththeresultsdeducedfromgrain—boundarydiffusionbyR．M．McMeekingandL．T．KuhnThedevelopmentofdensificationofsinteringbodyiswelldescribed．TheresultsfromFEMhaveclearerphysicalbackgroundthanpreviousresults．Basedontheexperimentofsi

8、nteringofZr02．一fibermadebyK．T．MillerandF．F．Lange，theevolutionofrod—shapedparticlewasstudied，andsomeideasofcontrollingthermodynamice