ZrO2-NiCr功能梯度材料的制備及其力學(xué)性能研究.pdf

1、一：：∥，。、，≯，，。獨(dú)創(chuàng)性聲明本人所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，≯；，除特別加以標(biāo)注的地方外，論文審不包含其他人的研究成暴與我r同工作的同志對(duì)本。、p。文的研究工作和成果牌任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明磅的賻明并已致謝。J，一，本論文及其相美舞料若有不實(shí)之處，由本人承擔(dān)二切相關(guān)責(zé)任。論文作者簽名：杰蛔一少I7年弓月；。日學(xué)位論文使用授權(quán)本人作為學(xué)位論文作者了解并愿意遵守學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)

2、定，即：在導(dǎo)師的指導(dǎo)下創(chuàng)作完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸西安理工大學(xué)所有，本人今后在使用或發(fā)表該論文涉及的研究?jī)?nèi)容時(shí)，會(huì)注明西安理工大學(xué)。西安理工大學(xué)擁有學(xué)位論文的如下使用權(quán)，包括：學(xué)?？梢员４鎸W(xué)位論文：可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文：可以查閱或借閱。本人授權(quán)西安理工大學(xué)對(duì)學(xué)位論文全部?jī)?nèi)容編入公開的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索。本學(xué)位論文全部或部分內(nèi)容的公布(包括刊登)授權(quán)西安理工大學(xué)研究生學(xué)院辦理。經(jīng)過學(xué)校保密辦公室確定密級(jí)的涉密學(xué)位論文，按

3、照相關(guān)保密規(guī)定執(zhí)行；需要進(jìn)行技術(shù)保密的學(xué)位論文，按照《西安理工大學(xué)學(xué)位論文技術(shù)保密申請(qǐng)表》內(nèi)容進(jìn)行保密(附《西安理工大學(xué)學(xué)位論文技術(shù)保密申請(qǐng)表》)。保密的學(xué)位論文在解密后，適用本授權(quán)。論文作者簽名；瀣岫導(dǎo)師簽加f《年了月了。日摘要lIIIIlUIIIIIIIIIIIII＼2128496學(xué)科專業(yè)。材料學(xué)研究生。蒯指黝。趙康教授摘要簽名：功能梯度材料(FGM)是一種新型復(fù)合材料，其通過成分的連續(xù)過渡，解決了金屬和陶瓷之間熱膨脹系數(shù)不匹配的問

4、題，充分發(fā)揮了陶瓷的耐高溫抗腐蝕和金屬的較高強(qiáng)韌性的特點(diǎn)。經(jīng)過多年發(fā)展，雖然功能梯度材料在諸多領(lǐng)域已有應(yīng)用，但其制備工藝仍不成熟，材料體系不夠合理。目前的金屬／陶瓷功能梯度材料大多困擾于兩相熔點(diǎn)相差太大，沒有合適的共燒溫度，其性能不夠理想。本文采用納米盈02和NisoCr2。為原料，設(shè)計(jì)了功能梯度板和功能梯度管兩種結(jié)構(gòu)，并采用流延疊層法制備板狀材料，采用流延輥壓法制備管狀材料。從流延工藝、熱合工藝、燒結(jié)工藝等方面分析了各參數(shù)對(duì)Zr02／

5、NiCr功能梯度材料制備的影響。觀察了所制Zr02／NiCr功能梯度材料的宏觀形貌與微觀組織，并分析了其元素分布和顯微硬度分布。使用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)試了其彎曲強(qiáng)度。結(jié)果表明：通過非對(duì)稱型功能梯度板的殘余熱應(yīng)力有限元分析，得出成分分布指數(shù)n=l為流延疊層制備ZrOz／NiCr功能梯度材料最優(yōu)成分設(shè)計(jì)。通過三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)模擬，表明以Zr0210v01％過渡的FGM較20v01％過渡的FGM應(yīng)力小，而與5v01％過渡的非常接近，且陶瓷面加

6、載時(shí)，最大拉應(yīng)力產(chǎn)生于底部的金屬陶瓷復(fù)合層。調(diào)整優(yōu)化粘結(jié)劑含量，可使得各組分試樣的收縮率達(dá)到了一致。溫度為70℃，壓力為10MPa時(shí)，F(xiàn)GM生坯熱合效果最好，不會(huì)導(dǎo)致生坯分層、變形、開裂等問題。根據(jù)第三沖擊因子，通過估算得到壓02／NiCr功能梯度材料燒結(jié)過程中的平均降溫速率應(yīng)該控制為076℃／min，由此可以降低Zr02／NiCr功能梯度材料降溫過程中產(chǎn)生裂紋的傾向。宏觀觀察ZrO捫qiCr功能梯度材料無開裂、分層缺陷，微觀分析說明各

7、層成分過渡良好，層間界面基本消失，且lOv01％過渡的試樣較20v01％的過渡更加自然連續(xù)。Zr02／NiCr系功能梯度材料，各單組分的密度隨著Zr02含量的增加呈梯度逐步降低，基本滿足線性混合法則。其相對(duì)密度達(dá)到90％以上，其中純陶瓷層相對(duì)密度可達(dá)94％。顯微硬度隨成分的變化呈梯度分布，在富金屬區(qū)隨ZrO：含量增加緩慢增加，在富陶瓷區(qū)時(shí)，隨ZrO：含量的增加，材料的顯微硬度顯著增加。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)表明：lOv01％過渡的FGM彎曲強(qiáng)度明