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大型陶瓷结构制备仿真技术与应用

李瑜  
【摘要】:随着各项相关技术的研究与发展,工程陶瓷越来越受到人们的关注,尤其是大型陶瓷结构件的生产和应用。工程陶瓷缸套作为大型陶瓷结构件应用的代表,与金属缸套相比具有突出的寿命价格比。但是一方面由于粉体材料价格昂贵,另一方面由于制备技术的不完善,造成成品率较低,使陶瓷缸套的生产成本居高不下,严重影响了它的推广与应用。 本课题以大变形弹塑性有限元理论为基础,以大型有限元软件Ansys为应用工具,以陶瓷缸套为研究对象,对其等静压成形过程进行仿真分析。在克服了有限元软件存在的粉末材料库方面的设计缺陷后,对陶瓷粉末冷等静压成形过程进行了有限元模拟研究,确定了有限元模拟中所涉及的材料模型、边界条件、摩擦、收敛判据等关键问题;通过有限元模拟给出成形过程中粉末坯料几何形状、应力应变场、密度分布等数据.并据此分析出现质量缺陷的原因,从而能及时改进加工过程,快速有效地确定模具的最终理想形状.达到提高生产效率,降低成本的目的。 另外本文还初步尝试对陶瓷烧结以及烧结温度场的仿真分析。通过对粉体材料的烧结性和烧结驱动力的分析,确定冷等静压坯体无压烧结的可行性;通过建立了烧结模型,分析其收缩驱动力和收缩应变,确定所要施加的边界条件,最后将仿真结果与试验数据进行比较。结果显示:两者的相对密度变化数据非常接近,外形尺寸的相对误差均低于2%以下。通过数值模拟窑炉内压力速度云图,研究烧结炉内温度场。以上研究皆有助于对生产过程进行控制,达到提高产品质量的目的。 最后进行陶瓷缸套的制备实验,将之与仿真结果进行验证对比。


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