W-Cu FGM的熱應(yīng)力場分析及制備工藝的研究.pdf

1、采用解析法和有限差分方法對總厚度為6mm厚的塊狀的W／Cu梯度功能材料板在制備過程中產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力場及在服役狀況下的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)的熱應(yīng)力場進(jìn)行分析，對成分分布指數(shù)、梯度層數(shù)、梯度層厚度進(jìn)行了優(yōu)化，并按優(yōu)化的結(jié)果分別采用了熔滲法及直接堆疊燒結(jié)法制備了W／Cu功能梯度材料。在采用熔滲法工藝制備時比較了有機(jī)造孔劑和無機(jī)造孔劑對鎢骨架孔隙的影響；采用直接堆疊法制備時比較了常規(guī)燒結(jié)和高能球磨活化燒結(jié)的工藝對梯度材料性能的影響。并對W／Cu梯度功

2、能材料的部分力學(xué)性能、物理性能、元素分布及抗熱沖擊性進(jìn)行了檢測，研究結(jié)果如下： (1)成分分布指數(shù)、梯度層數(shù)及梯度層厚度對熱應(yīng)力的大小和分布狀況有著決定 性的影響。當(dāng)成分分布指數(shù)P=1時，熱應(yīng)力的最大值達(dá)到最小，梯度層間的 熱應(yīng)力差值較為緩和，成分分布指數(shù)取1對緩和熱應(yīng)力具有明顯的作用；梯 度層數(shù)對熱應(yīng)力的影響較大，當(dāng)梯度層數(shù)n>6時，對緩和熱應(yīng)力的效果較好， 為了制備的方便，梯度層數(shù)取6即可有效地緩和熱應(yīng)力；梯度層的厚

3、度hFGM 越大，對緩和熱應(yīng)力越有利，h<,FGM>=5mm時，工作熱應(yīng)力的最大值降為非梯 度功能材料工作熱應(yīng)力的50％。 (2)非穩(wěn)態(tài)熱應(yīng)力的最大值總是出現(xiàn)在兩端，當(dāng)采用水淬法模擬其服役狀況時， 裂紋垂直于橫截面在富鎢端出現(xiàn)。 (3)采用水煮溶解無機(jī)造孔劑比采用分解揮發(fā)有機(jī)造孔劑制備的鎢骨架的孔隙 要細(xì)小均勻得多，采用不同粒度的粉末制備的W／Cu FGM比采用同一粒度制 備的W／Cu FGM的梯度狀況良好。

4、 (4)從富銅端到富鎢端部分力學(xué)性能和物理性能呈準(zhǔn)連續(xù)的變化，在800℃的條 件下進(jìn)行水淬，熱循環(huán)16次才出現(xiàn)微裂紋，表明具有良好的抗熱沖擊性。 (5)采用高能球磨活化燒結(jié)比常規(guī)燒結(jié)制備的W／Cu FGM的相對密度要高，在 1350℃燒結(jié)2h的條件下相對密度達(dá)到96[％]，由于燒結(jié)時間短，整體上沒有 出現(xiàn)銅的宏觀流動。 以上研究表明，采用水煮溶解無機(jī)造孔劑及高能球磨可以制備相對密度高，性能呈梯度分布具有良好抗