ZrO2-NiCr功能梯度材料的制備及其力學(xué)性能研究.pdf

1、一：：∥，。、，≯，，。獨創(chuàng)性聲明本人所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，≯；，除特別加以標注的地方外，論文審不包含其他人的研究成暴與我r同工作的同志對本。、p。文的研究工作和成果牌任何貢獻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內(nèi)容時，會注明西安理工大學(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)對學(xué)位論文全部內(nèi)容編入公開的數(shù)據(jù)庫進行檢索。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)保密申請表》內(nèi)容進行保密(附《西安理工大學(xué)學(xué)位論文技術(shù)保密申請表》)。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韌性的特點。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。使用三點彎曲試驗測試了其彎曲強度。結(jié)果表明：通過非對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。通過三點彎曲實驗的計算機模擬，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，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到了一致。溫度為70℃，壓力為10MPa時，F(xiàn)GM生坯熱合效果最好，不會導(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。其相對密度達到90％以上，其中純陶瓷層相對密度可達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，隨ZrO：含量的增加，材料的顯微硬度顯著增加。三點彎曲試驗表明：lOv01％過渡的FGM彎曲強度明