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《中国建筑材料科学研究总院》 2018年
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基于拟涂层法评价无机非金属材料表层的力学性能

高秀敏  
【摘要】:材料性能的检测、表征及评价对于构件的服役安全性和设计的可靠性至关重要,改善和提高材料自身性能对于构件的耐久性和安全性也十分重要。但是目前尚存在许多问题:1)一些处在特殊环境下材料的力学性能无法直接应用现有的测试技术对其进行测量;2)现有的测试技术不再适用于评价新材料或者新构型的力学性能;3)材料的自身性能达不到实际使用环境的需求。为了完善材料性能评价体系本文提出了拟涂层法,其核心思路是将材料的表层拟作涂层,采用相对法的思路评价材料表层的弹性模量和弯曲强度。本文采用拟涂层法,主要解决以下3个方面的问题:i)检测、表征受腐蚀水泥基材料结构表层力学性能的方法尚在探索之中,因为利用现有测试仪器难以直接检测受损伤水泥基材构件表层的力学性能;ii)陶瓷基板在集成电路产业中作为重要的材料,由于尺寸效应的影响,现有的测试陶瓷弯曲强度和弹性模量的方法不再适用于薄陶瓷基板;iii)玻璃因其光学透过性能好,易于生产和制造等优点,被广泛应用于电子、化工、半导通讯装置等领域。弯曲强度作为重要的力学性能参数之一,探索提高玻璃弯曲强度的方法对其未来发展和应用具有重要的意义。本文基于拟涂层法,围绕着水泥砂浆表层的弹性模量评价、薄陶瓷基片弹性模量与弯曲强度评价及玻璃弯曲强度增强的方法这三方面开展研究工作。首先采用拟涂层法结合脉冲激励法测试水泥砂浆表层的弹性模量。该方法的关键思路是将腐蚀水泥砂浆试块的损伤层拟作涂层,建立水泥砂浆损伤层的弹性模量(拟涂层的弹性模量)、水泥砂浆未被腐蚀的部分的弹性模量(基体的弹性模量)、腐蚀的水泥砂浆的弹性模量(复合体的弹性模量)三者之间的函数解析关系式,根据基体和复合体的弹性模量,代入函数解析式即可算出拟涂层(水泥砂浆损伤层)的弹性模量。其次采用拟涂层法结合三点/四点弯曲法测试薄陶瓷基片的弹性模量和弯曲强度。该方法关键思路是将薄陶瓷基片胶接在不锈钢标准梁上组成复合梁,并将薄陶瓷基片拟作不锈钢标准梁上的涂层,建立薄陶瓷基片的弯曲强度/弹性模量,薄陶瓷基片与不锈钢梁组成的复合梁的弯曲强度/弹性模量,不锈钢梁试样的弯曲强度/弹性模量三者之间的函数解析关系。该方法实现了在小挠度、低应力的条件下,准确地测量薄陶瓷基片的弹性模量和弯曲强度。最后采用拟涂层法的思路,将玻璃和钢化玻璃的表面损伤层拟作涂层,通过HF+H_2SO_4的腐蚀作用将表面损伤层去掉,研究腐蚀后玻璃表层的状态对于玻璃和钢化玻璃弯曲强度的影响,证明腐蚀后玻璃强度大幅度提高。
【学位授予单位】:中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB332

【参考文献】
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