BNNTs/Si3N4陶瓷涡轮制备及热力耦合分析研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HEXINLONG19871006
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文以氮化硼纳米管(BNNTs)为添加相制备BNNTs/Si3N4复合陶瓷试样及涡轮转子,对其力学性能及热力耦合性能进行分析研究。(1)以陶瓷材料的抗热震理论为基础,建立了BNNTs/Si3N4复合陶瓷的抗热震理论模型,得到了其力学性能及抗热震性能随气孔率及温度的变化关系。气孔率越大、温度越高,复合陶瓷的弹性模量、抗弯强度及抗热震性能均逐渐降低;(2)以模板法为基础,以Na BH4为硼源,以NH4Cl为氮源,利用单壁碳纳米管(CNTs)为模板在自制的不锈钢高压反应釜中制备合成了BNNTs。对其表征分析表明,BNNTs具有较高的纯度及良好的结晶性能,纳米管的直径约25 nm,长度约0.5-2um,表面光滑,有明显的中空管状结构,长度较长,壁厚较薄且分布均匀,包覆效果良好。对其制备机理的分析表明,BNNTs良好的继承了CNTs的管状结构。该方法工艺过程简单、合成温度低,是一种高效的、高产率的BNNTs的制备方法,能够满足材料制备的需要。(3)利用真空热压烧结法制备了BNNTs/Si3N4复合陶瓷试样及涡轮转子。对其力学性能的测试分析表明,BNNTs/Si3N4复合陶瓷具有较高的相对密度及抗弯强度,BNNTs的添加能细化基体晶粒,使其断裂方式由纯Si3N4陶瓷的沿晶断裂与穿晶断裂共存转变为以穿晶断裂为主,从而显著提高了Si3N4陶瓷的力学性能。当BNNTs的添加量少于2wt.%时,1.5%BNNTs/Si3N4复合陶瓷试样具有最优的综合力学性能,其断裂韧性较纯Si3N4陶瓷提高了46%之多。(4)对BNNTs/Si3N4复合陶瓷试样及涡轮转子进行了抗热震性能测试。分析表明,纯Si3N4陶瓷的临界热震温差为600℃,而BNNTs的添加能显著提高Si3N4陶瓷的抗热震性能,当BNNTs的添加量为1.5%时,BNNTs/Si3N4复合陶瓷试样临界热震温差达到700℃。(5)通过对BNNTs/Si3N4复合陶瓷力学及抗热震性能的分析,研究了BNNTs的增韧机理。研究结果表明,在材料内部裂纹的扩展过程中,BNNTs对裂纹产生的桥联、偏转、分叉与钉扎等协同机制为其增韧方式,从而增加了裂纹扩展的阻力,提高了断裂能,最终提高了复合陶瓷的性能。(6)对BNNTs/Si3N4复合陶瓷涡轮转子进行了热力耦合仿真分析,根据仿真结果,对涡轮在不同环境温度下产生的最大应力与最大应变随转速的变化关系拟合了经验公式,并对涡轮在不同转速下产生的最大应力与最大应变随环境温度的变化关系拟合了经验公式。分析结果显示,无论是纯力场还是热力耦合场,涡轮上最大应力的发生区均为叶片的根部,而最大应变则产生于叶片的边缘处。涡轮的温度分别为500℃、600℃、700℃及800℃时,导致其失效的临界转速分别为130000r/min、115000r/min、100000r/min及90000r/min。而保证其性能的临界综合条件为100000 r/min的涡轮转速与700℃的温度。对于普通轿车及小负荷货车,BNNTs/Si3N4复合陶瓷涡轮转子完全可以满足使用的要求。
其他文献
水力喷射压裂技术不同于传统的水力压裂,该技术综合了水力喷射射孔、水力压裂和油管或油套环空泵入流体等多种技术,能较准确地在指定位置制造裂缝,无需机械封隔,可节省作业时
输油管道的技术经济特性包括经济流速、经济输量、经济起输量和经济最远运距等,依据这些参数可以粗略判断管道建设规模(如管径、输量和运距)的经济性。目前针对含蜡原油或其
本文介绍了一种新型五自由度4-UPS-UPU并联式坐标测量机,对该并联坐标测量机的运动学及其性能进行了比较深入系统的研究,并对该测量机进行了结构优化设计。  首先,介绍了4-UPS
水下自主航行器自身携带能源,依靠自身的自治能力完成具体的使命。它具有环境适应性强、活动范围大、机动性好、使用方便等优点,在海洋探测和军事领域具有广阔的应用前景。本文
钻井工程都是在不可见的地下工程,而地下的情况具有不确定性、复杂性和不可预见性,要实现安全钻井就必须通过综合录井仪采集的录井数据来反映地下的状况,及时对可能发生各种
随着汽车环境污染和资源问题日益严重,汽车轻量化逐渐成为一个越来越热门的研究领域。轻量化材料是实现汽车轻量化的重要途径之一,其中纤维增强型复合材料作为新兴的轻量化材
利用天然气主干管道与燃气管道的压差来液化部分天然气,既可以有效利用管道天然气的压力能,又可以实现天然气调峰。本文在对常用的天然气液化工艺流程分析的基础上,根据利用
新肇油田位于松辽盆地中央坳陷区古龙凹陷南部新肇鼻状构造,属于裂缝型低渗透油田。投产后,暴露出水井排的油井见水快、见水后含水上升快、产量递减快的矛盾,开发效果差。为
振动筛作为一种常用的筛分设备,广泛使用于各种资源的开采筛选过程。其筛分方法根据不同行业部门的需求,已发展出多种不同运动轨迹的筛分机械。香蕉型振动筛作为直线振动筛的一种,具有能耗低、效率高、结构简单等特点,广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材等行业。随着经济的前进和科学力量的推进作用,振动筛分机械的相关性能得到许多研究者的探讨。这种探讨不仅对产品的种类划分要求更精细,对品质要求严格,也对产品的动态性能及可
德国HK公司的HK417被联邦德国国防军采用,并被命名为G27突击步枪.其枪管长406mm,有效射程500m.德国军方认为采用G27突击步枪可以填补精确射手步枪和突击步枪之间的火力空白.
期刊