高壓燒結(jié)熱電材料殘余應力分析與數(shù)值模擬.pdf

1、熱電材料是一種能將熱能和電能直接進行相互轉(zhuǎn)換的環(huán)境友好型功能材料，具有使用壽命長，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在能源工程、航空航天工程、制冷工程等諸多領(lǐng)域具有十分重要的應用前景。 高壓技術(shù)是制備塊體熱電材料一種重要技術(shù)途徑，它具有合成時間短，選擇材料范圍廣等優(yōu)點。但是，高壓燒結(jié)熱電材料的探索性研究結(jié)果表明，熱電材料的燒結(jié)產(chǎn)物存在很高的殘余應力，導致燒結(jié)產(chǎn)物出現(xiàn)裂紋甚至破碎，研究并揭示殘余應力與材料特性、工藝參數(shù)等之間的關(guān)系是成功獲得完好塊體

2、燒結(jié)產(chǎn)物的關(guān)鍵。 本文采用理論研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，初步探索了高壓燒結(jié)熱電材料燒結(jié)產(chǎn)物中的殘余應力問題，討論了顆粒大小、燒結(jié)壓力以及材料力學性能等對殘余應力的影響。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下： 論文首先進行了方鈷礦(CoSb3)熱電材料的高壓燒結(jié)實驗，對燒結(jié)產(chǎn)物的宏觀破壞形式進行了觀察；利用掃描電鏡，對燒結(jié)產(chǎn)物的斷裂面的細觀結(jié)構(gòu)進行了分析，發(fā)現(xiàn)高壓燒結(jié)方鈷礦燒結(jié)產(chǎn)物中的殘余應力主要是由彈性后效引起的，其細觀破壞模

3、式主要是沿晶斷裂，即裂紋產(chǎn)生于晶界并主要沿晶界擴展。 在破壞機制實驗研究的基礎(chǔ)上，借鑒兩球燒結(jié)模型的思想，根據(jù)燒結(jié)產(chǎn)物中彈性后效的機制，建立了一個高壓燒結(jié)殘余應力分析的線彈性力學模型，通過將理論模型解與有限元解的對比，驗證了本文模型的可靠性。 利用本文的理論模型，研究了顆粒大小、燒結(jié)壓力、材料力學性能等對殘余應力的影響，發(fā)現(xiàn)在線彈性條件下，燒結(jié)區(qū)的相對大小與顆粒大小無關(guān)、與材料的彈性模量和燒結(jié)壓力的立方根成正比，殘余應力