陶瓷固相燒結(jié)的同步輻射CT技術(shù)研究.pdf

1、本文闡述了對(duì)陶瓷固相燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行無(wú)損、實(shí)時(shí)研究的必要性和重要性，概述了陶瓷固相燒結(jié)演化過(guò)程和現(xiàn)象、熱力學(xué)機(jī)制、理論模型和控制方程；總結(jié)了同步輻射CT(SR-CT)技術(shù)的原理以及目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，利用相場(chǎng)法對(duì)陶瓷燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行了二維和三維的數(shù)值模擬，分析了利用SR-CT技術(shù)對(duì)陶瓷固相燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)，提出了利用加窗傅立葉濾波提高SR-CT重建圖像的質(zhì)量的方法并進(jìn)行了可行性分析，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案，利用SR-CT技術(shù)對(duì)

2、多種陶瓷樣品固相燒結(jié)過(guò)程的微結(jié)構(gòu)演化過(guò)程進(jìn)行了實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，并結(jié)合現(xiàn)有燒結(jié)理論和模型對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。 本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 一、總結(jié)了固相燒結(jié)理論，對(duì)固相燒結(jié)過(guò)程的微觀結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行了二維和三維的數(shù)值模擬，其中三維的數(shù)值模擬目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)到公開(kāi)的報(bào)道，在國(guó)際上也僅見(jiàn)少數(shù)幾篇報(bào)道。 1、對(duì)固相燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行了分析，探討了關(guān)于固相燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力和物質(zhì)傳輸機(jī)制以及致密化過(guò)程的一些經(jīng)驗(yàn)方程和唯象動(dòng)力學(xué)方程。

3、 2、對(duì)固相燒結(jié)過(guò)程現(xiàn)有的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)討論了基于Cahn-Hilliard守恒參量和Ginzburg-Landau非守恒參量的擴(kuò)散相場(chǎng)模型。 3、利用擴(kuò)散相場(chǎng)模型，結(jié)合Cahn-Hilliard守恒參量和Ginzburg-Landau非守恒參量控制方程，對(duì)初始顆粒四方堆積情形和初始顆粒氣孔耦合拓?fù)淝樾喂滔酂Y(jié)過(guò)程的微結(jié)構(gòu)形貌演化進(jìn)行了二維的數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果展現(xiàn)了固相燒結(jié)過(guò)程的諸多微觀結(jié)構(gòu)演化現(xiàn)象，如

4、顆粒和氣孔的遷移等。 4、在二維模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用擴(kuò)散相場(chǎng)模型對(duì)初始顆粒堆積情形和初始顆粒氣孔耦合拓?fù)淝樾喂滔酂Y(jié)過(guò)程的微結(jié)構(gòu)形貌演化進(jìn)行了三維的數(shù)值模擬，更加直觀的反映了在固相燒結(jié)過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，通過(guò)對(duì)不同模擬時(shí)間的材料孔隙率的統(tǒng)計(jì)并結(jié)合燒結(jié)理論驗(yàn)證了模型的有效性。 二、提出了利用加窗傅立葉濾波提高SR-CT重建圖像質(zhì)量的方法，為將SR-CT技術(shù)應(yīng)用于陶瓷固相燒結(jié)過(guò)程的研究提供了算法和技術(shù)支持。

5、 1、以提高SR-CT技術(shù)重建圖像質(zhì)量為主線，對(duì)SR-CT技術(shù)進(jìn)行了探討，詳細(xì)介紹了濾波反投影算法和加窗傅立葉變換技術(shù)。 2、通過(guò)對(duì)濾波反投影重建算法和同步輻射光場(chǎng)空間非均勻性的討論，分析了濾波反投影算法中影響重建圖像質(zhì)量的因素，提出了利用加窗傅立葉濾波改進(jìn)重建圖像質(zhì)量的方案并分析了方法的可行性。 3、利用基于加窗傅立葉變換的濾波反投影算法得到了兩組實(shí)驗(yàn)重建圖像，和未經(jīng)過(guò)加窗傅立葉變換重建圖像的對(duì)比，其重建圖像質(zhì)量有了明

6、顯提高，同步輻射光場(chǎng)空間非均勻性噪聲得到了有效抑制。 三、在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了利用SR-CT技術(shù)對(duì)陶瓷固相燒結(jié)過(guò)程的實(shí)時(shí)和無(wú)損的觀測(cè)，為改進(jìn)燒結(jié)模型和指導(dǎo)燒結(jié)提供了有效的實(shí)驗(yàn)支持。 1、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并制備了系列具有代表性的陶瓷粉末和素坯樣品。利用SR-CT技術(shù)完成了對(duì)幾種樣品固相燒結(jié)過(guò)程的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，得到了樣品在不同燒結(jié)時(shí)刻的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的二維和三維重建圖像，通過(guò)重建圖像觀測(cè)到了陶瓷固相燒結(jié)過(guò)程的三個(gè)階段及諸多燒結(jié)現(xiàn)象(晶界形

7、成、顆粒長(zhǎng)大、氣孔球化等)。 2、利用數(shù)字圖像處理方法統(tǒng)計(jì)了樣品在不同燒結(jié)時(shí)刻的孔隙率變化，得到了孔隙率隨燒結(jié)時(shí)間和燒結(jié)時(shí)間對(duì)數(shù)的變化曲線。通過(guò)曲線分析了各樣品在燒結(jié)過(guò)程中的致密化規(guī)律，得到了在不同燒結(jié)階段致密化的特點(diǎn)。 3、根據(jù)孔隙率一燒結(jié)時(shí)間對(duì)數(shù)曲線得到了燒結(jié)中期孔隙率隨燒結(jié)時(shí)間對(duì)數(shù)的線性關(guān)系，提出了相對(duì)致密化速率的概念，并根據(jù)一組不同初始孔隙率樣品的孔隙率—燒結(jié)時(shí)間對(duì)數(shù)曲線分析了初始孔隙率對(duì)燒結(jié)開(kāi)始時(shí)間、燒結(jié)中期致