梯度功能陶瓷圆球的抗热震性

推导和提出了第三类边界条件下梯度功能材料(functionally gradient materials,FGM)圆球的瞬态温度场及瞬态热应力场表达式.基于陶瓷材料的临界应力断裂判据,通过求解梯度功能陶瓷圆球表面达到其局部断裂强度的时间,建立了引起其表面临界热应力的临界温差△Tc的表达式,并以此作为梯度功能陶瓷圆球的抗热震参数.通过计算实例并与均质陶瓷圆球对比,分析了材料的热-物理性能分布规律对其抗热震性的影响,并提出了高抗热震性FGM陶瓷圆球的设计原则:线膨胀系数和热扩散率应由表及里增大,而弹性模量应由表及里减小.     

加工含镍球墨铸铁时梯度陶瓷刀具的失效机理

研究了Al2O3／TiC梯度陶瓷刀具干切削含镍球墨铸铁的切削性能及损坏机理。结果表明,梯度陶瓷刀具的寿命约为硬质合金YS10刀具的1—2倍,且切削速度愈高,梯度陶瓷刀具的优越性愈显著;其损坏形式：低速切削时,为磨粒磨损;高速切削时,为剥落及粘结磨损。     

陶瓷涂层三明治板的抗热震性

采用解析法研究了第3类边界条件下双面陶瓷涂层三明治板的瞬态温度场及瞬态热应力场.对不同Biot模数的热冲击过程中,Al2O3涂层/硬质合金(WC-8%Co,质量分数)基体/Al2O3涂层三明治板的瞬态热应力进行了数值计算.分析了涂层/基体厚度比、涂层与基体热-物理性能匹配对陶瓷涂层三明治板表面热应力峰值的影响.结果表明:陶瓷涂层三明治板的基体的热导率、线膨胀系数和弹性模量应高于涂层,这样可以降低其表面热应力,获得高抗热震性陶瓷涂层三明治板.此外,涂层厚度应尽可能小,以利于改善涂层的抗热震性.     

梯度功能材料非定常热传导的形状效应

采用分离变量法和变量代换法,推导出无限大平板、无限长圆柱体和圆球体3种形状的梯度功能材料构件在第三类边界条件下的量纲一非定常温度场的解析解.3种形状的梯度功能材料构件的组分和热-物理性能分别服从平面对称、轴对称和球对称分布规律.通过数值计算并与无限大平板、无限长圆柱体和圆球体3种形状的均质构件对比,研究梯度功能材料构件形状以及热-物理性能分布对非定常热传导的影响.计算结果表明,梯度功能材料构件的非定常热传导具有与均质构件相似的形状效应,即圆球体的温度传播速度最快,而无限大平板的温度传播速度最慢.由表及里增大梯度功能材料构件的热导率和热扩散率,可提高温度传播速度.