多孔陶瓷材料的彈性和傳熱性能研究.pdf

1、材料的泡沫化顯著地拓寬了其在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，多孔材料作為一種優(yōu)秀的工程材料，正被大規(guī)模地生產(chǎn)和應(yīng)用，在科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟建設(shè)與發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。多孔陶瓷材料獨特的性質(zhì)越來越受到人們的重視，對多孔陶瓷材料性能的研究意義越來越重要，本論文研究和分析了多孔陶瓷材料的彈性、傳熱性能。
　　論文首先以多孔陶瓷孔穴結(jié)構(gòu)為主線回顧了多孔陶瓷材料制備的研究現(xiàn)狀，以多孔材料胞體模擬模型為主線總結(jié)了多孔陶瓷材料彈性性能的研究現(xiàn)狀，同時還對

2、當(dāng)前計算多孔材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的理論、經(jīng)驗以及半經(jīng)驗公式等進(jìn)行了綜合評述。
　　依據(jù)孔穴形成原理，建立了描述多孔材料的閉孔粗棱菱形十二面體、十四面體幾何模型，分析了相對密度對微結(jié)構(gòu)的依賴性。采用有限元法，對相對彈性模量、泊松比進(jìn)行了模擬計算，得到了微結(jié)構(gòu)、相對密度對相對彈性模量、泊松比的影響規(guī)律。壁厚、壁面連接曲率半徑可簡化為相對密度的兩個無關(guān)影響因素。壁厚是多孔材料相對密度增量的次要影響因素，壁面連接曲率半徑是主要影響因素。對粗棱

3、菱形十二面體、粗棱十四面體模型來講，壁面和壁面相交處增加固體對彈性模量具有不同的影響。
　　根據(jù)孔穴形成原理，建立了描述多孔材料的開孔圓棱過渡連接菱形十二面體、十四面體幾何模型，分析了相對密度對微結(jié)構(gòu)的依賴性。采用有限元法，對相對彈性模量、泊松比進(jìn)行了數(shù)值計算，得到了微結(jié)構(gòu)、相對密度對相對彈性模量、泊松比的影響規(guī)律。圓棱半徑和過渡連接曲率半徑皆是多孔材料相對密度增量的主要影響因素。圓棱過渡連接菱形十二面體、十四面體模型，圓棱和圓棱

4、相交處增加固體對彈性模量的影響效果不同。低密度多孔材料在載荷作用下，支柱屈曲通過體積變化對泊松比產(chǎn)生了較大的影響。粗棱多孔材料不存在支柱屈曲且孔穴體積的影響逐漸減弱，粗棱多孔材料的泊松比接近基體材料的泊松比。圓棱過渡連接曲率半徑對泊松比的影響較小。
　　采用可以很好表述多孔材料微結(jié)構(gòu)特點的菱形十二面體為有效熱導(dǎo)率分析模型，給出了菱形十二面體結(jié)構(gòu)參數(shù)對棱長的依賴關(guān)系，采用平行、連續(xù)的分層、分步有效熱導(dǎo)率計算方法，推導(dǎo)了多孔材料有效熱

5、導(dǎo)率計算公式。分析了有效熱導(dǎo)率對孔隙率、材料組成的依賴性，為多孔材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論指導(dǎo)。
　　選擇有機浸漬法制備的兩種材質(zhì)三個孔徑規(guī)格多孔陶瓷進(jìn)行了彈性、傳熱性能測試實驗，采用浸蠟法對實驗材料的密度、孔隙率進(jìn)行測定。用熱壓燒結(jié)法對基體材料的性能進(jìn)行測定，利用兩種模型，對多孔陶瓷材料彈性模量進(jìn)行預(yù)測，并且進(jìn)行了預(yù)測與實驗結(jié)果的對比分析，提出了預(yù)測方法。依據(jù)多孔材料的微觀形貌，排除個別實體面、支柱斷面的不均勻兩種主要影響因素。得出

6、減少堵孔和支柱斷面的不均勻性，可以顯著提高多孔材料的彈性模量。
　　建立了多孔陶瓷材料熱擴散性能實驗環(huán)境，應(yīng)用六樣品熱導(dǎo)率測試儀，進(jìn)行了多孔材料氬氣環(huán)境下的有效熱導(dǎo)率的測定。實驗結(jié)果顯示，開孔多孔陶瓷材料的熱擴散系數(shù)隨溫度升高而增加，發(fā)現(xiàn)與致密燒結(jié)體熱擴散系數(shù)隨溫度變化規(guī)律不同，呈相反趨勢，提出多孔材料特有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在熱輻射是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。利用菱形十二面體模型，對多孔陶瓷材料有效熱導(dǎo)率進(jìn)行了預(yù)測，并與實驗結(jié)果對比分析。結(jié)