TZ-3Y20A-Mo疊層材料的設(shè)計與制備.pdf

1、疊層材料是人們模擬自然界貝殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計出的一種仿生結(jié)構(gòu)強韌化的材料,由于具有較高的韌性而倍受關(guān)注.疊層材料獨特的結(jié)構(gòu),使得研究者能從宏觀的角度對材料進行設(shè)計,從而制得綜合性能優(yōu)越的新型復(fù)合材料.該文采用MSC.Marc有限元軟件分析了試樣幾何參數(shù)(陶瓷層和金屬層層數(shù)以及層厚比)對疊層材料應(yīng)力強度因子K1的影響.結(jié)果表明,當TZ-3Y20A(20Wt％Al2O3和3mol%Y<,2>O<,3>穩(wěn)定的ZrO2)層與Mo層厚度比固定為2:1時

2、,隨著層數(shù)的增加,應(yīng)力強度因子K1逐漸減小;當TZ-3Y20A/Mo疊層層數(shù)固定為31時,隨著層厚比的增加,應(yīng)力強度因子K1先增大后減小.利用MSC.Marc有限元軟件計算了疊層材料的殘余熱應(yīng)力.結(jié)果表明,當疊層材料層數(shù)和層厚比分別超過27和2時,計算得到的殘余應(yīng)力小于TZ-3Y20A陶瓷的抗彎強度.采用顆粒沉降成型工藝,選用適當?shù)某两祬?shù)與分散介質(zhì),將TZ-3Y20A陶瓷粉和Mo金屬粉按設(shè)計的層厚和層數(shù)進行交互沉降,得到預(yù)成型體,再經(jīng)

3、1500℃-20MPa-1h熱壓燒結(jié),制備出致密的TZ-3Y20A/Mo疊層材料.試樣彎曲強度和斷裂韌性的測試結(jié)果表明,當TZ-3Y20A層厚度為200μm,Mo層厚度為67μm時,疊層材料的抗彎強度達到最大值(737.1MPa).而TZ-3Y20A層厚度為200μm,Mo層厚度為80μm時,疊層材料的斷裂韌性高達14.9MPa·m<'1/2>.與TZ-3Y20A陶瓷相比(相同制備條件下,9.08MPa·m1/2),疊層材料的斷裂韌性提