ZrO2-NiCr功能梯度材料的制備及其力學性能研究.pdf

1、一：：∥，。、，≯，，。獨創(chuàng)性聲明本人所呈交的學位論文是在導師指導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，由本人承擔二切相關責任。論文作者簽名：杰蛔一少I7年弓月；。日學位論文使用授權本人作為學位論文作者了解并愿意遵守學校有關保留、使用學位論文的規(guī)

2、定，即：在導師的指導下創(chuàng)作完成的學位論文的知識產權歸西安理工大學所有，本人今后在使用或發(fā)表該論文涉及的研究內容時，會注明西安理工大學。西安理工大學擁有學位論文的如下使用權，包括：學?？梢员４鎸W位論文：可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文：可以查閱或借閱。本人授權西安理工大學對學位論文全部內容編入公開的數(shù)據(jù)庫進行檢索。本學位論文全部或部分內容的公布(包括刊登)授權西安理工大學研究生學院辦理。經過學校保密辦公室確定密級的涉密學位論文，按

3、照相關保密規(guī)定執(zhí)行；需要進行技術保密的學位論文，按照《西安理工大學學位論文技術保密申請表》內容進行保密(附《西安理工大學學位論文技術保密申請表》)。保密的學位論文在解密后，適用本授權。論文作者簽名；瀣岫導師簽加f《年了月了。日摘要lIIIIlUIIIIIIIIIIIII＼2128496學科專業(yè)。材料學研究生。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。經過多年發(fā)展，雖然功能梯度材料在諸多領域已有應用，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，設計了功能梯度板和功能梯度管兩種結構，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。結果表明：通過非對稱型功能梯度板的殘余熱應力有限元分析，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應力小，而與5v01％過渡的非常接近，且陶瓷面加

6、載時，最大拉應力產生于底部的金屬陶瓷復合層。調整優(yōu)化粘結劑含量，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功能梯度材料燒結過程中的平均降溫速率應該控制為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