納晶雙峰材料的制備及其力學(xué)性能的研究.pdf

1、納米晶體材料因?yàn)榫哂刑厥獾牧W(xué)性能，所以在工程領(lǐng)域中受到特別關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的粗晶材料，納米晶體材料具備有良好的耐磨性、較高的屈服強(qiáng)度等。即便這樣，在室內(nèi)溫度下，納晶材料還是暴露出了較差的延展性和斷裂韌性，從而限制了它在工程上的應(yīng)用。為了克服這一缺陷，很多被用來提高納米晶體材料延展性的方法被提了出來。其中最普遍有效的方法就是建立一種晶粒尺寸服從雙峰分布的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，在這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的材料中細(xì)晶粒作為基體提供高的強(qiáng)度，粗晶粒鑲嵌在基體中通

2、過應(yīng)變硬化提供材料優(yōu)良的韌性和延展性。為了系統(tǒng)的研究納米晶體材料的力學(xué)行為，本文利用高溫高壓的方法制備了具有雙峰結(jié)構(gòu)的銅-銀復(fù)合的納晶雙峰材料試樣，測(cè)試了該復(fù)合材料在室溫下拉伸的力學(xué)性能、進(jìn)行了X射線衍射分析（XRD）和電鏡掃描（SEM）、測(cè)量了試樣的密度。同時(shí)，本文建立了與晶粒尺寸相關(guān)的位錯(cuò)-粘聚力模型來研究納晶材料的斷裂韌性，分別得到了納晶雙峰材料的斷裂韌性與兩種不同晶粒尺寸之間的關(guān)系。本文主要研究的內(nèi)容和結(jié)論如下：
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3、）利用高溫高壓的方法制備了兩種不同比例、平均晶粒尺寸為40 nm左右的納晶銅銀復(fù)合材料。通過其力學(xué)性能測(cè)試顯示：在制備的過程當(dāng)中并沒有發(fā)現(xiàn)晶粒變大的現(xiàn)象，這種材料不僅保持了相對(duì)較高的強(qiáng)度，其延展性也得到了明顯的改善，隨著粗晶銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加試樣的延展性也相應(yīng)的提高。
　?。?）XRD測(cè)試結(jié)果表明在試樣中僅由Cu和Ag兩種元素組成，壓縮后沒有形成氧化物，根據(jù)樣本的成分比例和溫度，樣品的平均晶粒尺寸可以由謝樂公式計(jì)算得出，計(jì)算結(jié)果表明

4、細(xì)晶銅平均晶粒尺寸在40nm左右，粗晶銀的平均晶粒尺寸在30nm左右，燒結(jié)制得的試樣展現(xiàn)出來雙峰結(jié)構(gòu)。電鏡掃描顯示粗晶銀均勻分布在納晶基體銅中，表明銅和銀已經(jīng)均勻混合到一起。利用阿基米德原理對(duì)試樣的密度進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示：試樣的密度隨著溫度的增加而增加，且相比于理論密度值誤差不到5％。
　?。?）對(duì)制備的納晶銅銀復(fù)合材料試樣進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明：在800℃條件下制備出的試樣的屈服強(qiáng)度為373MPa，與同樣晶粒尺寸的納

5、晶銅相差不多，延伸率可達(dá)到26%，而同樣晶粒尺寸的納晶銅的延伸率很少超過10%。試樣的延伸率隨著銀質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而提高；試樣的抗拉強(qiáng)度隨著粗晶銀的增加而降低；試樣的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率隨溫度的提高而提高。由此可以推斷出：納晶雙峰材料既具有較高的強(qiáng)度又具有較高的斷裂韌性，驗(yàn)證了位錯(cuò)粘聚力模型的準(zhǔn)確性。
　　（4）本文建立了一個(gè)位錯(cuò)-粘聚力模型研究納晶材料的斷裂韌性，在這個(gè)模型中考慮了裂紋尖端的應(yīng)力集中所產(chǎn)生的位錯(cuò)發(fā)射。論文計(jì)算了臨界