納晶雙峰材料的制備及其力學性能的研究.pdf

1、納米晶體材料因為具有特殊的力學性能，所以在工程領域中受到特別關注。相比于傳統(tǒng)的粗晶材料，納米晶體材料具備有良好的耐磨性、較高的屈服強度等。即便這樣，在室內溫度下，納晶材料還是暴露出了較差的延展性和斷裂韌性，從而限制了它在工程上的應用。為了克服這一缺陷，很多被用來提高納米晶體材料延展性的方法被提了出來。其中最普遍有效的方法就是建立一種晶粒尺寸服從雙峰分布的復合結構材料，在這種復合結構的材料中細晶粒作為基體提供高的強度，粗晶粒鑲嵌在基體中通

2、過應變硬化提供材料優(yōu)良的韌性和延展性。為了系統(tǒng)的研究納米晶體材料的力學行為，本文利用高溫高壓的方法制備了具有雙峰結構的銅-銀復合的納晶雙峰材料試樣，測試了該復合材料在室溫下拉伸的力學性能、進行了X射線衍射分析（XRD）和電鏡掃描（SEM）、測量了試樣的密度。同時，本文建立了與晶粒尺寸相關的位錯-粘聚力模型來研究納晶材料的斷裂韌性，分別得到了納晶雙峰材料的斷裂韌性與兩種不同晶粒尺寸之間的關系。本文主要研究的內容和結論如下：
　　（1

3、）利用高溫高壓的方法制備了兩種不同比例、平均晶粒尺寸為40 nm左右的納晶銅銀復合材料。通過其力學性能測試顯示：在制備的過程當中并沒有發(fā)現(xiàn)晶粒變大的現(xiàn)象，這種材料不僅保持了相對較高的強度，其延展性也得到了明顯的改善，隨著粗晶銀質量分數(shù)的增加試樣的延展性也相應的提高。
　?。?）XRD測試結果表明在試樣中僅由Cu和Ag兩種元素組成，壓縮后沒有形成氧化物，根據(jù)樣本的成分比例和溫度，樣品的平均晶粒尺寸可以由謝樂公式計算得出，計算結果表明

4、細晶銅平均晶粒尺寸在40nm左右，粗晶銀的平均晶粒尺寸在30nm左右，燒結制得的試樣展現(xiàn)出來雙峰結構。電鏡掃描顯示粗晶銀均勻分布在納晶基體銅中，表明銅和銀已經(jīng)均勻混合到一起。利用阿基米德原理對試樣的密度進行了測試，結果顯示：試樣的密度隨著溫度的增加而增加，且相比于理論密度值誤差不到5％。
　?。?）對制備的納晶銅銀復合材料試樣進行了拉伸試驗，拉伸試驗結果表明：在800℃條件下制備出的試樣的屈服強度為373MPa，與同樣晶粒尺寸的納

5、晶銅相差不多，延伸率可達到26%，而同樣晶粒尺寸的納晶銅的延伸率很少超過10%。試樣的延伸率隨著銀質量分數(shù)的提高而提高；試樣的抗拉強度隨著粗晶銀的增加而降低；試樣的抗拉強度和斷裂延伸率隨溫度的提高而提高。由此可以推斷出：納晶雙峰材料既具有較高的強度又具有較高的斷裂韌性，驗證了位錯粘聚力模型的準確性。
　?。?）本文建立了一個位錯-粘聚力模型研究納晶材料的斷裂韌性，在這個模型中考慮了裂紋尖端的應力集中所產生的位錯發(fā)射。論文計算了臨界