多孔陶瓷材料的彈性和傳熱性能研究.pdf

1、材料的泡沫化顯著地拓寬了其在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，多孔材料作為一種優(yōu)秀的工程材料，正被大規(guī)模地生產(chǎn)和應(yīng)用，在科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。多孔陶瓷材料獨(dú)特的性質(zhì)越來(lái)越受到人們的重視，對(duì)多孔陶瓷材料性能的研究意義越來(lái)越重要，本論文研究和分析了多孔陶瓷材料的彈性、傳熱性能。
　　論文首先以多孔陶瓷孔穴結(jié)構(gòu)為主線回顧了多孔陶瓷材料制備的研究現(xiàn)狀，以多孔材料胞體模擬模型為主線總結(jié)了多孔陶瓷材料彈性性能的研究現(xiàn)狀，同時(shí)還對(duì)

2、當(dāng)前計(jì)算多孔材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的理論、經(jīng)驗(yàn)以及半經(jīng)驗(yàn)公式等進(jìn)行了綜合評(píng)述。
　　依據(jù)孔穴形成原理，建立了描述多孔材料的閉孔粗棱菱形十二面體、十四面體幾何模型，分析了相對(duì)密度對(duì)微結(jié)構(gòu)的依賴性。采用有限元法，對(duì)相對(duì)彈性模量、泊松比進(jìn)行了模擬計(jì)算，得到了微結(jié)構(gòu)、相對(duì)密度對(duì)相對(duì)彈性模量、泊松比的影響規(guī)律。壁厚、壁面連接曲率半徑可簡(jiǎn)化為相對(duì)密度的兩個(gè)無(wú)關(guān)影響因素。壁厚是多孔材料相對(duì)密度增量的次要影響因素，壁面連接曲率半徑是主要影響因素。對(duì)粗棱

3、菱形十二面體、粗棱十四面體模型來(lái)講，壁面和壁面相交處增加固體對(duì)彈性模量具有不同的影響。
　　根據(jù)孔穴形成原理，建立了描述多孔材料的開(kāi)孔圓棱過(guò)渡連接菱形十二面體、十四面體幾何模型，分析了相對(duì)密度對(duì)微結(jié)構(gòu)的依賴性。采用有限元法，對(duì)相對(duì)彈性模量、泊松比進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了微結(jié)構(gòu)、相對(duì)密度對(duì)相對(duì)彈性模量、泊松比的影響規(guī)律。圓棱半徑和過(guò)渡連接曲率半徑皆是多孔材料相對(duì)密度增量的主要影響因素。圓棱過(guò)渡連接菱形十二面體、十四面體模型，圓棱和圓棱

4、相交處增加固體對(duì)彈性模量的影響效果不同。低密度多孔材料在載荷作用下，支柱屈曲通過(guò)體積變化對(duì)泊松比產(chǎn)生了較大的影響。粗棱多孔材料不存在支柱屈曲且孔穴體積的影響逐漸減弱，粗棱多孔材料的泊松比接近基體材料的泊松比。圓棱過(guò)渡連接曲率半徑對(duì)泊松比的影響較小。
　　采用可以很好表述多孔材料微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的菱形十二面體為有效熱導(dǎo)率分析模型，給出了菱形十二面體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)棱長(zhǎng)的依賴關(guān)系，采用平行、連續(xù)的分層、分步有效熱導(dǎo)率計(jì)算方法，推導(dǎo)了多孔材料有效熱

5、導(dǎo)率計(jì)算公式。分析了有效熱導(dǎo)率對(duì)孔隙率、材料組成的依賴性，為多孔材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
　　選擇有機(jī)浸漬法制備的兩種材質(zhì)三個(gè)孔徑規(guī)格多孔陶瓷進(jìn)行了彈性、傳熱性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，采用浸蠟法對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的密度、孔隙率進(jìn)行測(cè)定。用熱壓燒結(jié)法對(duì)基體材料的性能進(jìn)行測(cè)定，利用兩種模型，對(duì)多孔陶瓷材料彈性模量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且進(jìn)行了預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，提出了預(yù)測(cè)方法。依據(jù)多孔材料的微觀形貌，排除個(gè)別實(shí)體面、支柱斷面的不均勻兩種主要影響因素。得出

6、減少堵孔和支柱斷面的不均勻性，可以顯著提高多孔材料的彈性模量。
　　建立了多孔陶瓷材料熱擴(kuò)散性能實(shí)驗(yàn)環(huán)境，應(yīng)用六樣品熱導(dǎo)率測(cè)試儀，進(jìn)行了多孔材料氬氣環(huán)境下的有效熱導(dǎo)率的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，開(kāi)孔多孔陶瓷材料的熱擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高而增加，發(fā)現(xiàn)與致密燒結(jié)體熱擴(kuò)散系數(shù)隨溫度變化規(guī)律不同，呈相反趨勢(shì)，提出多孔材料特有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在熱輻射是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。利用菱形十二面體模型，對(duì)多孔陶瓷材料有效熱導(dǎo)率進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析。結(jié)