ZrO2-SUS316L梯度復(fù)合管的制備及性能研究.pdf

1、近些年來(lái)梯度功能材料(FGM)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到了各個(gè)領(lǐng)域,并已逐步向?qū)嵱没l(fā)展。然而,迄今為止,有關(guān)功能梯度材料的研究大都限于板狀試樣的制備,關(guān)于梯度復(fù)合管制備的報(bào)道較為少見(jiàn)。本文以ZrO2和SUS316L為原料,創(chuàng)新性的將流延法與對(duì)輥輥壓工藝相結(jié)合,制備多層梯度復(fù)合管,并從非對(duì)稱(chēng)型復(fù)合板變形曲率的角度考慮,設(shè)計(jì)復(fù)合管。從管壁梯度成分分布、輥壓壓力和燒結(jié)工藝等方面分析了各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合管制備的影響,觀察了復(fù)合板與復(fù)合管的宏觀形貌與微觀

2、組織,分析了管壁元素分布和顯微硬度分布,最后進(jìn)行了熱震性能測(cè)試以及抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：ZrO2/SUS316L對(duì)稱(chēng)型梯度復(fù)合板無(wú)明顯的彎曲變形現(xiàn)象,界面結(jié)合良好。但對(duì)于ZrO2/SUS316L非對(duì)稱(chēng)型梯度復(fù)合板,當(dāng)板材寬度大于2cm,并且在無(wú)壓燒結(jié)的情況下,就以一定曲率發(fā)生彎曲變形和開(kāi)裂。而且曲率測(cè)量結(jié)果與方程計(jì)算結(jié)果基本相符。對(duì)管壁梯度成分分布進(jìn)行優(yōu)化,可以減小梯度層間的內(nèi)應(yīng)力；當(dāng)輥壓壓力P<5MPa時(shí),梯度

3、復(fù)合管素坯不能成型,層間疏松,當(dāng)P≥15MPa時(shí)制備的梯度復(fù)合管管壁表面粗糙不平、有褶皺現(xiàn)象；由第三沖擊因子估算得到10vol.％、5vol.%、20vol.%梯度過(guò)渡的復(fù)合管燒結(jié)過(guò)程的平均降溫速率分別為0.75℃/min、0.8℃/min、0.8℃/min,減少了ZrO2/SUS316L復(fù)合管在降溫過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的傾向。宏觀上復(fù)合管基本沒(méi)有發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂、變形和分層等缺陷,微觀分析表明,隨梯度過(guò)渡比例減小,梯度層界面處逐漸模糊,過(guò)渡良好。梯

4、度復(fù)合管管壁的孔洞缺陷基本產(chǎn)生于Zr02聚集處,通過(guò)混合粉預(yù)磨的方法可以減少管壁的孔洞缺陷。管壁的硬度變化基本呈線(xiàn)性分布,但隨梯度過(guò)渡比例的增大,硬度曲線(xiàn)變化越來(lái)越陡。梯度過(guò)渡比例越小,抗熱震性能就越好,而且通過(guò)熱震試驗(yàn)后的破壞特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)相鄰層間過(guò)渡不能僅以成分比差值的大小作為依據(jù),同時(shí)還應(yīng)以結(jié)構(gòu)和性能差異的大小為依據(jù),這一點(diǎn)在制備多層復(fù)合管進(jìn)行各層成分選擇時(shí)尤為重要。經(jīng)過(guò)熱震試驗(yàn)后,各層間過(guò)渡界面組織無(wú)明顯變化,層間結(jié)合良好,燒結(jié)體具