钛酸钡陶瓷固相烧结的有限元模拟

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烧结是陶瓷制备的关键工序。关于陶瓷的烧结动力学已经进行了大量实验研究,但其研究周期长、成本高、数据分散,难以准确描述烧结致密化全过程。本文使用有限元软件ABAQUS的用户子程序CREEP实现了烧结模拟的粘弹性本构模型,首次应用该模型模拟钛酸钡(BaTiO<,3>)的烧结,通过有限元数值模拟研究了陶瓷烧结的影响因素。 本文系统地研究单元数目、热膨胀系数、表面能、转变温度和粘性流动激活能对烧结有限元模拟结果的影响,证明粘弹性模型可以应用于BaTiO<,3>陶瓷烧结模拟。 随着烧结温度的升高,有限元模拟的烧结收缩率增大,相对密度增大,模拟结果与实验结果一致。随着升温速率的加快,有限元模拟的最大收缩率相近,约为15%左右,烧结的相对密度较高。结果表明,升温速率对有限元模拟的烧结收缩率和相对密度几乎不产生影响,与实验结果反映出的规律相同。随着初始相对密度的增加,有限元模拟的烧结收缩率减小,相对密度增大,模拟结果与实验结果一致。 随着烧结初始条件的不同,粘弹性模型模拟的BaTiO<,3>陶瓷烧结收缩率都与实验结果一致,表明粘弹性模型用于BaTiO<,3>陶瓷烧结模拟具有良好的自洽性。
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