爆炸压实烧结纳米陶瓷粉末研究

摘要

本文对爆炸压实烧结纳米陶瓷粉末进行了研究。主要研究内容如下： 1.从陶瓷材料的固有脆性特点出发，以弹性假设为前提，研究了爆炸冲击条件下纳米陶瓷粉末颗粒之间的摩擦传热行为。通过研究发现，纳米陶瓷粉末颗粒在爆炸压实的条件下，不可能发生由于摩擦导致焊接的烧结行为，从而为爆炸压实烧结纳米陶瓷粉末的理论进行了澄清。 2.陶瓷粉末颗粒尺寸无论多小，其脆性都是由其化学键的特性决定的。因此，纳米陶瓷粉末颗粒在爆炸压实的不平衡动高压条件下存在着破碎行为。借助弹性假设，在二维平面内，利用弹性力学知识对陶瓷颗粒间的作用力进行了研究，得到了陶瓷颗粒内存在两个最大剪应力及其对应位置。对比脆性破坏的三个判断标准，确定了陶瓷粉末颗粒在爆炸冲击状态下存在破碎的可能，并解释了随着冲击压力的提高，颗粒破碎后均匀程度也随之提高的现象。另外，在较低冲击压力条件下，由于两个最大剪应力中一个处在颗粒接触面以下0.5nm范围内，而晶界(界面)的厚度一般处在这一尺度内，由此解释了颗粒存在剪切塑性流动的可能。 3.在实验方面，针对ITO陶瓷材料特殊的物理化学特性，提出了冷爆炸压实+后续烧结的工艺，所谓冷爆炸压实，是为区别与预热爆炸压实而提出的，指爆炸压实前不对压实试件进行加热处理，试件在常温下进行的压实过程。通过调整爆炸参数和烧结工艺，获得了比较致密，晶粒在亚微米范围内的良好烧结体。预热爆炸烧结陶瓷粉末材料是解决压实烧结体中存在大量宏微观裂纹的有效途径。 4.对纳米γ-Al2O3和α-Al2O3粉末进行了预热爆炸压实的初步探索，获得了γ-Al2O3纳米陶瓷粉末得到良好爆炸压实烧结且转化为α-Al2O3晶型的实验参数。纳米α-Al2O3粉末的预热爆炸压实在预热温度达到0.5Tm附近、爆炸冲击压力达到18.4GPa时，能够得到致密压实，但在此爆炸冲击压力条件下，烧结体的晶粒对预热温度的敏感度较高。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1粉末材料爆炸压实研究的历史、现状及取得的成就

1.2 ITO的性能、用途及其研究与应用现状

1.2.1 ITO的应用

1.2.2 ITO膜的制备方法和要求

1.2.3 ITO导电玻璃生产用工业靶材

1.2.4国内外研制靶材的现状

1.2.5靶材的成形方法

1.3利用爆炸冲击研究压实烧结纳米ITO陶瓷的理论依据和可能性

1.3.1爆炸压实机理

1.3.2爆炸压实促进陶瓷粉末的后续烧结

1.3.3预热爆炸压实在纳米陶瓷烧结中的前景

1.4纳米氧化铝陶瓷的应用及其烧结

1.5本论文的研究内容和所做的主要工作

2纳米陶瓷颗粒接触面摩擦温升研究

2.1爆炸压实中颗粒间摩擦温升研究现状

2.2颗粒间摩擦沉积的能量

2.3颗粒内的传热

2.3.1热传导的基础知识及其纳米颗粒传热研究问题

2.3.2纳米微尺度传热研究的问题

2.3.3纳米颗粒内部的热传导

2.4颗粒表面积的湮灭对温升的贡献

2.5体积绝热压缩对温升的贡献

2.6讨论

2.7颗粒尺度对接触面温升的影响

2.8 小结

3陶瓷粉末颗粒的破碎研究

3.1纳米陶瓷颗粒内部应力分布状态

3.1.1应力波传播与问题的定性

3.1.2力学模型

3.1.3最大剪应力的位置

3.2纳米陶瓷颗粒的剪切破坏

3.2.1脆性材料的动态强度

3.2.2冲击波头的剪切破坏

3.2.3陶瓷的理论剪切强度

3.3结果分析

3.4小结

4冷爆炸压实及其后续烧结实验研究

4.1 ITO复合粉末的基本物性

4.2单管冷爆炸压实烧结实验

4.2.1炸药装药方案

4.2.2爆速的测定与估算

4.2.3单管爆炸压实压力估算

4.2.4粉末装填

4.2.5压实结果及其后续烧结

4.3双管爆炸压实烧结

4.3.1爆炸压实装置及粉末装填

4.3.2炸药装药方案

4.3.3双管爆炸压实压力的估算

4.3.4压实结果及其后续烧结

4.4小结

5预热爆炸压实烧结实验研究

5.1预热爆炸压实装置

5.1.1装置的结构及其特点

5.1.2炸药的安装及实验过程

5.2预热温度的选择

5.3预热爆炸压实实验

5.3.1带有隔热层结构的预热爆炸压实实验

5.3.2带隔热层结构爆炸压实烧结结果

5.3.3带隔热层结构的预热爆炸压实压力计算

5.3.4降低冲击压力对带隔热层结构的预热爆炸压实影响

5.3.5无隔热层结构的预热爆炸压实实验

5.3.6无隔热层结构爆炸压实压力计算

5.3.6无隔热层结构爆炸压实烧结结果

5.4纳米陶瓷粉末预热爆炸压实烧结机理探讨

5.5小结

6纳米Al2O3陶瓷粉末预热爆炸压实烧结的初步研究

6.1γ-Al2O3纳米陶瓷粉末的预热爆炸压实实验

6.1.1实验原料

6.1.2预热爆炸压实装置及其预热温度

6.1.3压实结果

6.2 α-Al2O3纳米陶瓷粉末的预热爆炸压实实验

6.2.1实验原料

6.2.2预热爆炸压实装置及其实验参数

6.2.3压实结果

6.3小结

7结论与展望

7.1本文主要结论

7.2存在的问题与展望

7.2.1本文的不足

7.2.2展望

参考文献

创新点摘要

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致谢