超高溫陶瓷材料制備方法及其強(qiáng)度計(jì)算

內(nèi)容簡介

本書系統(tǒng)論述了硼化物基超高溫陶瓷材料的制備方法及其強(qiáng)度計(jì)算，包括基本理論、力學(xué)原理、分析方法及工程應(yīng)用等。作為失效學(xué)體系的理論之一，在吸取前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)超高溫陶瓷材料的斷裂失效行為進(jìn)行研究。

本書共7章，主要內(nèi)容包括硼化物基超高溫陶瓷材料的研究進(jìn)展情況，硼化物基超高溫陶瓷材料制備工藝及方法，以及針對(duì)不同成分的超高溫陶瓷材料斷裂失效的研究。

本書可作為從事固體力學(xué)研究的科技工作者及從事超高溫陶瓷材料斷裂失效研究的工程師使用和參考，也可作為力學(xué)專業(yè)本科生和研究生的參考書。

目錄

前言

第1章 概述

1.1 引言

1.2 脆性破壞特征

1.3 斷裂力學(xué)的研究對(duì)象

1.4 斷裂力學(xué)的分類

1.5 斷裂力學(xué)的發(fā)展

1.6 超高溫陶瓷材料斷裂失效行為概述

第2章 ZrB2-SiC注漿成型及燒結(jié)研究

2.1 引言

2.2 試驗(yàn)過程和方法

2.3 ZrB2-SiC陶瓷性能研究

2.4 結(jié)論

第3章 ZrB2粉體的制備

3.1 引言

3.2 試驗(yàn)原料和方法

3.3 試驗(yàn)內(nèi)容

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.5 結(jié)論

第4章 ZrB2-SiC層狀陶瓷的制備及熱力學(xué)性能分析

4.1 引言

4.2 層狀結(jié)構(gòu)陶瓷材料進(jìn)展

4.3 材料及試驗(yàn)方法

4.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.5 本章小結(jié)

第5章 ZrB2-SiC復(fù)合陶瓷的制備及斷裂失效分析

5.1 引言

5.2 ZrB2-SiC復(fù)合陶瓷進(jìn)展

5.3 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

5.5 本章小結(jié)

第6章 硼化物基超高溫陶瓷斷裂數(shù)值模擬

6.1 引言

6.2 超高溫陶瓷材料氧化燒蝕研究現(xiàn)狀

6.3 理論基礎(chǔ)和研究方法

6.4 超高聲速飛行器翼緣熱沖擊模擬仿真

6.5 本章小結(jié)

第7章 超高溫陶瓷材料微觀結(jié)構(gòu)對(duì)晶間殘余應(yīng)力的影響

7.1 引言

7.2 超高溫陶瓷材料宏觀熱傳導(dǎo)與熱應(yīng)力分析

7.3 超高溫陶瓷材料晶間殘余應(yīng)力試驗(yàn)分析

7.4 微量顆粒對(duì)超高溫陶瓷材料晶間殘余應(yīng)力仿真分析

7.5 內(nèi)聚力模型對(duì)ZrB2-SiC晶界建模

7.6 SiC顆粒與ZrB2基熱不匹配分析

7.7 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn) 2100433B

軌道強(qiáng)度計(jì)算的主要目的，是運(yùn)用力學(xué)原理，分析和計(jì)算軌道各組成部分，在機(jī)車車輛以各種不同運(yùn)營條件運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。在保證列車安全、平穩(wěn)和高速運(yùn)行條件下，根據(jù)已有的軌道類型及其他特定條件，確定機(jī)車車輛所允許的最大軸重和行車速度；以及在機(jī)車車輛類型、軸重和最高行駛速度已知時(shí)，經(jīng)過強(qiáng)度計(jì)算并結(jié)合國家技術(shù)政策，選擇合理的軌道類型。軌道強(qiáng)度計(jì)算的主要內(nèi)容，是在列車動(dòng)載作用下計(jì)算軌底邊緣的彎曲拉應(yīng)力、軌頭壓應(yīng)力、木枕支承面的承壓應(yīng)力、道床頂面的承壓應(yīng)力、路基面的承壓應(yīng)力以及混凝土軌枕和寬軌枕的軌下斷面、中間斷面的彎矩等 。

軌道強(qiáng)度計(jì)算主要研究以下三個(gè)方面：（1）確定機(jī)車車輛施加于軌道上的荷載，研究軌道變形，軌道破壞的機(jī)理。（2）研究軌道結(jié)構(gòu)各組成部分的應(yīng)力和變形，尋求加強(qiáng)或改進(jìn)軌道結(jié)構(gòu)，延長設(shè)備使用壽命和維修周期的措施。（3）為研究能設(shè)計(jì)適應(yīng)高速、重載運(yùn)輸?shù)纳倬S修或不維修的軌道結(jié)構(gòu)，提供必要的理論依據(jù) 。

鋁渣球及其制備方法專利目的

《鋁渣球及其制備方法》提供了一種有害雜質(zhì)含量低級(jí)的鋁渣球及其制備方法，適用于鋁鎮(zhèn)靜鋼冶煉純凈或超純凈鋼且在初煉出鋼投加后能很快生成覆蓋鋼水表面作保溫劑。

鋁渣球及其制備方法技術(shù)方案

《鋁渣球及其制備方法》解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種鋁渣球，含有金屬鋁（Al）、螢石（CaF₂）、碳酸鈣（CaCO₃）、三氧化二鋁（Al₂O₃）、二氧化硅（SiO₂）以及少量的水份（H₂O）、磷（P）、硫（S）、銅（Cu）和不可避免的其它雜質(zhì)，它的組份含量是（重量％）：鋁10～45；三氧化二鋁5～35；螢石10～60；碳酸鈣5～15；二氧化硅≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質(zhì)余量。

為適應(yīng)不同鋼種的需要，進(jìn)一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁20～30；三氧化二鋁10～15；螢石40～50；碳酸鈣10～12；二氧化硅≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質(zhì)余量。

進(jìn)一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁10～20；三氧化二鋁20～30；螢石40～50；碳酸鈣10～15；二氧化硅≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質(zhì)余量。

進(jìn)一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁23.5～26.5；三氧化二鋁10～15；螢石43.5～46.5；碳酸鈣10～12；二氧化硅≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質(zhì)余量。

進(jìn)一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁20～25；三氧化二鋁30～35；螢石20～35；碳酸鈣10～15；二氧化硅≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質(zhì)余量。

一種鋁渣球的制備方法，具有如下工藝流程：將取樣分析合格后的金屬鋁粒、鋁渣粉、螢石精礦、優(yōu)質(zhì)石灰石粉、玻璃水采購到位并分倉儲(chǔ)存，將化驗(yàn)合格的原材料稱重配比，然后投入混料機(jī)混合均勻，再加入玻璃水混合均勻，然后將物料投入對(duì)輥式壓球機(jī)內(nèi)滾壓成球，經(jīng)干燥設(shè)備干燥即得到成品。

進(jìn)一步地，所述各原材料的化學(xué)成份的組份含量（重量％）分別為：鋁粒：Al≥95％，Cu≤0.5％，Si≤3％；鋁渣粉：Al≥40％，Al₂O₃≤55％，SiO₂≤5％；螢石粉：CaF₂≥98％，SiO₂≤1％，S≤0.05％，P≤0.03％；石灰石粉：CaCO₃≥95％，SiO₂≤2％，S≤0.05％，P≤0.01％。

當(dāng)這種鋁渣球在出鋼后加入鋼包中，由于球狀物料具有很好的流動(dòng)性，因而能迅速在鋼水表面形成覆蓋層；由于鋼水的加熱作用，物料中的碳酸鈣在1000℃左右分解產(chǎn)生CO₂氣體使球體崩裂離散，形成松散粉狀物對(duì)鋼水表面起保溫作用。逸出的CO₂氣體排出鋼水表面空氣，以防止鋼水的氧化，由于粉狀物料的保溫作用，CaCO₃升溫分解并不激烈而延續(xù)一段時(shí)間，以滿足出鋼至精煉的時(shí)間要求。在精煉期中，粉狀物在攪拌條件下熔融并參與鋼水的脫氧反應(yīng)，

2Al 3FeO→Al₂O₃ 3Fe

脫氧產(chǎn)物氧化鋁與螢石粉中的氟化鈣產(chǎn)生反應(yīng)，

Al₂O₃ 3CaF₂→3CaO 2AlF₃↑

生成的三氟化鋁成氣體逸出，生成的氧化鈣繼續(xù)與脫氧產(chǎn)物三氧化二鋁化合，

CaO Al₂O₃→2Al₂O₄

以上反應(yīng)與化合過程同時(shí)進(jìn)行，脫氧產(chǎn)物化合成渣的動(dòng)力學(xué)條件非常有利，最終生成以CaAl₂O₄（偏鋁酸鈣）為主的渣相，該渣的理論熔點(diǎn)為1575℃，當(dāng)有10％以上的氟化鈣及少量二氧化硅存在時(shí)，其熔點(diǎn)可降至1400℃左右，與鋼水具有較大的相間張力，能很好地上浮成渣而不會(huì)在鋼中形成夾雜，從而更有利于鋼水的純凈。

當(dāng)采用部分鋁渣粉代替金屬鋁粉，部分碳酸鈣粉代替螢石粉時(shí)，該鋁渣球的主要成分為金屬鋁、氟化鈣、碳酸鈣、三氧化二鋁、二氧化硅，其脫氧及精煉反應(yīng)可用下式表達(dá)：

22Al 33O 4Al₂O₃ 12CaF₂ 3CaCO₃ 2SiO₂→

12CaAl₂O₄·2SiO₂ 3CaF₂ 6AlF₃↑ 3CO₂↑

上式左邊的反應(yīng)物中的氧來自鋼水，其余物質(zhì)為保溫兼精煉劑成分，每公斤以上成分物料能結(jié)合0.25公斤左右的氧，CO₂氣體在保溫期間生成逸出，AlF₃氣體在脫氧精煉期間生成除去。

如上所述的鋁渣球，可在其中添加合金化劑，最典型的成分是Al、Ti，Al可以鋁粒的形式加入，其它成分可以鐵合金的粉劑的形式加入，加入量可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，最高可達(dá)20（重量％），以適應(yīng)鋼種合金化的需要。由于在基料中有大量的金屬鋁作保護(hù)，因此所加入的合金化元素氧化損失很少且收得率穩(wěn)定。

如上所述的鋁渣球，可在其中添加Ba、Mg、K、Na、Li的碳酸鹽，以部分或全部取代碳酸鈣，碳酸鹽總量在15％以下時(shí)不會(huì)對(duì)使用造成不良影響。這些堿金屬或堿土金屬的氧化物對(duì)以CaAl₂O₄（偏鋁酸鈣）為主的渣相能起到改性、變質(zhì)和改變表面張力的作用，從而更有利于鋼水的純凈。

如上所述的鋁渣球，可用Ti部分或全部取代Al，以滿足用Ti脫氧與合金化的鋼種（如不銹鋼等）。

如上所述的鋁渣球，可在其中添加釩、鈮的氧化物，利用鋁的還原作用完成對(duì)鋼中添加合金成分的過程，以降低合金化的成本。

鋁渣球及其制備方法有益效果

一、碳、硅、硫、磷等雜質(zhì)含量很低，特別適用于低碳，低硅純凈鋼和其他超純凈鋼；代替了粉煤灰、碳化稻殼等有缺陷的保溫劑；水分含量的控制，避免了物料進(jìn)入鋼水中的爆騰現(xiàn)象。

二、可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)改變脫氧和合金化元素的成分含量，適應(yīng)多鋼種變化的需要。

三、在一定含量的范圍內(nèi)可任意選擇堿金屬或堿土金屬氧化物（以碳酸鈣化合物的形式加入）完成對(duì)精煉合成渣的改性、變質(zhì)等特殊要求。

四、原料普通、易得，成球工藝簡單、可靠，不存在成分偏析波動(dòng)，投加工藝簡單，鋼水表面鋪展保溫性能優(yōu)良。

五、脫氧與精煉同步進(jìn)行，鋼水中氧化物夾雜減少。

2007年，《鋁渣球及其制備方法》獲得第五屆江蘇省專利項(xiàng)目獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。