Keramisk multi-lags kompositter er i betragtning i udviklingen af komponenter, der kan bruges i forskellige teknologier, lige fra elektronik til energi-generatorer. Forskellige arkitekturer af systemer med flere af disse keramiske lag produceres ved hjælp af en sintringsprocess. Defekter såsom formændringer, revner og delaminering af lag kan opstå i behandlingen af disse multilagskomponenter. Forarbejdningsdefekter kan resultere i problemer både ved montering eller omkring ydeevnen af den endelige komponent, hvilket i sidste ende kan medføre at produktet kasseres. Blandt disse defekter undersøges den makroskopisk forminstabilitet under sintring af flerlagstrukturer i dette studie. Det er almindeligt anerkendt, at formdefekter, altså ændring i den geometriske form af sintrede emner, er knyttet til et misforhold i sintringskinetik imellem de forskellige materialer i et givent multilagsystem, under sintringsprocessen (co-sintring). Der er stadig et behov for en bedre forståelse af deformationsmekanismerne ved anvendelse af fleksible modelberegninger under hensyntagen til de forskellige faktorer i løbet af co-sintring. Desuden er de eksisterende numeriske modeller begrænsede og skal forbedres yderligere at forbedre deres evne til at forudsige sintringsprocessen. I denne sammenhæng er en simuleringsmetode blevet udviklet, som indebærer en kombination af eksperimenter, analytiske og numeriske metoder. Ud over de intrinsiske materialeparametre (sammentrækningskinetik og viskositet), er indvirkningen af ydre faktorer såsom tyngdekraft, friktion og prøvegeometri på udviklingen af en multilagprøves form blevet undersøgt. Endvidere er en ny type modelleringsprocedure blevet udviklet. Denne har potentiale til at inkludere mikrostruktureren af et porøst legeme i sintringsmodellen og hermed inkludere materialeparameters som i øjeblikket ikke betragtes i de eksisterende modeller. Den lineære version af Skorohod Olevsky Viskøs Sintrings model (SOVS) er blevet anvendt til de udviklede sintringsmodeller. En kombination af målinger af sammentrækningsratens med optisk dilatometri og analytiske modeller er anvendt til at bestemme de nødvendige inputparametre til simulering af sintring af multilagskomponenter. Validering af disse input parametre er blevet gjort indirekte ved at sammenligne modelforudsigelser af bi-lagssystemers krumningsudvikling under sintring med eksperimentielle målinger heraf. Derudover er en 'master sintring kurve' type model blevet udledt til beskrivelse af bilags sintring. Denne model udmærker sig ved at blot kræve et enkelt dilatometri eksperiment for at fastlægge alle de nødvendige input til simulering af sintring af bi-laget. De fundne inputparametre er også blevet anvendt i en finite element model baseret på kontinuumsteorien for sintring til at modellere udviklingen i krumning under sintring af en multilagskomponent. Effekten af ydre faktorer (eksempelvis tyngdekraft, forholdet af tykkelse mellem de individuelle keramiske lag, samt friktion) på den tidslige udvikling af en bi-lags prøveform under co-sintring er blevet undersøgt ved hjælp af den udviklede model samt eksperimenter. Desuden er det elastiske lineære viskoelastiske korrespondensprincip blevet anvendt til at udvikle en analytisk model, der beskriver spændinger under sintring af rørformede dobbeltlagskomponenter. En finite element model udviklet i dette PhD studie samt tilhørende eksperimenter med rørformede bi-lagskomponenter er blevet brugt til at verificere og validere den udviklede analytiske model. En multi-skala model af formændringer under co-sintring er også blevet udviklet ved at koble en meso-skala sintringsmodel baseret på kinetisk Monte Carlo (kMC) metoder og en makro-skala kontinuum model. Forskellige numeriske homogeniseringsteorier er blevet anvendt til at bestemme de viskøse parametre fra et repræsentativt volumen element (RVE) af det porøse legeme. RVE’et er baseret på simularede mikrostruktur i kMC modellen. Resultaterne fra de udviklede analytiske såvel som numeriske modeller stemmer godt overens med eksperimentelle målinger af den tidslige densifikations- og krumningsudvikling under co-sintring. Optimering af co-sintringen ved at kontrollere prøvens oprindelige geometri og strukturelle karakteristika er også foreslået. Tilsvarende har multi-skala modellen også fremvist de forventede formændringer i forskellige bi-lagssystemer bestående af lag med enten den samme og forskellig sintringsevne. Baseret på både de eksperimentelle-og simuleringsresultater er følgende konklusioner draget: under sintring af plane multi-lag kan forståelsen af effekten af tyngdekraften på krumningsudviklingen bruges til optimering af co-sintringsproces, således at defekt-fri multilagskomponenter kan fremstilles. Forholdet mellem tykkelsen af de individuelle lag i en prøve kan også betydeligt påvirke udviklingen af krumnings af en prøve. Under sintring af rørformede bilagsstrukturer er tangentielle spændinger er meget større i forhold til radiale spændinger. Den maksimale værdi af de tangentielle spændinger, som kan generere procesdefekter såsom revner og delaminering, opstår ved begyndelsen af sintringen. I modsætning til de fleste eksisterende modeller, der definerer materialeegenskaber baseret kun på porøsitet og kornstørrelse, så har den foreslåede multi-skala model ingen begrænsning i antallet af interne parametre til at definere densifikationskinetik samt viskøse egenskaber. Dette gør denne tilgang til en lovende mulighed for at udvide kontinuumsteorien for sintring.
展开▼
