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随着环境保护的日益严格,砂状氧化铝以其粒径粗、强度高等优良性能成为氧化铝生产的趋势。针对我国由一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的工业现状,为获得高强度的砂状氧化铝,必须研究氢氧化铝晶粒的显微结构与强度的关系。本文对氢氧化铝晶体叠合方式及应力状态进行分析,建立了晶粒的受力模型与叠合方式一应力状态一强度的关系;通过对实际氢氧化铝晶粒的概括和简化,建立了有限元模型并进行了静力分析,获得了氢氧化铝晶粒显微结构与强度关系的一般性原则。主要结论如下:
1.研究了氢氧化铝晶体叠合面的应力状态,发现氢氧化铝晶体界面破坏主要由正应力导致,且界面上靠近受力点一侧正应力较大,因此随着载荷的增大,将首先发生破坏,该位置是决定氢氧化铝晶粒强度的关键部位;各种氢氧化铝晶体间不同的叠合方式中,晶体底面与底面叠合时,氢氧化铝晶粒强度较高并随两个晶体间叠合面积的增大而增大。
2.在晶粒缺口处有小晶体填充时,填充位置处于特定填充空间时,均能提高晶粒强度;缺口越小,强度越好;在相同的缺口和填充小晶体粒径的情况下,强度随填充小晶体的增多而增大,且填充位置越靠近最佳位置越能改善晶粒强度。在参与叠合的晶体中,当粒径分布在特定尺度范围内时,将得到最优的晶粒强度。
3.晶体叠合界面上的相互作用力是晶粒强度的决定性因素之一,破损缺口的存在将降低晶粒的强度,不同的缺口对强度的影响程度不同。晶粒内部结构也影响着晶粒强度,在不同的界面作用力情况下,影响规律不同。载荷的局域性导致强度行为与具体载荷有关。
4.影响强度的因素中,有些是相互制约的,在实际情况中,要具体分析占主要地位的因素,才能判断强度的变化规律。
5.结合实际产品的磨损指数与显微结构,验证了理论计算得到的结论,证明应力状态分析与有限元方法可以作为氧化铝显微结构与强度关系研究的有效方法,并对实际生产提出理论指导。