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工程陶瓷材料超声作用下的体积效应研究

贾振锋  
【摘要】:纳米陶瓷作为一种先进的精细陶瓷材料,不仅具有传统陶瓷高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性;还显示出其特有的物理和力学特性,如表面效应、尺寸效应、体积效应、高韧性、超塑性等。纳米陶瓷的这些特性大大拓宽了其应用领域。 为了更加深入的了解纳米复相陶瓷体积效应的形成机理和影响因素,本文以ZTA纳米复相陶瓷作为研究对象,基于断裂理论和相变理论建立了对比试验;通过改变陶瓷试样的体积分数来对比分析纳米复相陶瓷体积效应的形成机制。从宏观力学性能、微观裂纹及相结构的角度揭示纳米复相陶瓷高韧性、超塑性的内在决定因素和影响规律。对比了超声辅助与普通磨削条件下纳米复相陶瓷表面粗糙度及微观形貌的影响规律,并分析了其规律的形成机理。本文所研究的具体内容如下: 1、对不同体积分数ZrO_2增强相的ZTA纳米复相陶瓷试样的弯曲强度、断裂韧性、弹性模量及抗拉强度力学性能进行试验测试,对测试数据进行分析得出随着增强相体积分数的增加,试样的断裂韧性、抗拉强度等力学性能不断提高,在体积含量为30%左右时达到最大值,然后在随着体积分数的继续增大,力学性能变差。 2、在超声辅助与普通条件下,对ZTA纳米复相陶瓷断裂韧性、抗拉强度以及表面形貌进行对比,试验表明在外加超声作用下,陶瓷试样显示出更高抵抗裂纹扩展的能力,抵抗拉伸断裂的能力也显著增加。超声与普通磨削下的陶瓷试样表面微观形貌显示,超声条件下材料以塑性、延性方式去除,在相同磨削参数下超声磨削能获得更高的表面质量,其表面粗糙度值变化较为缓慢,磨削痕迹浅且均匀。


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