放電等離子燒結塊體納米金屬內部三維應力場分布研究

《放電等離子燒結塊體納米金屬內部三維應力場分布研究》是依託北京理工大學，由張朝暉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：放電等離子燒結塊體納米金屬內部三維應力場分布研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：張朝暉
• 項目類別：面上項目

項目摘要

放電等離子燒結技術（SPS）是一種新型的塊體納米金屬製備技術，但採用SPS技術製備得到的納米金屬中，存在很大的宏微觀內應力，而這些內應力的大小、存在方式以及它們之間的相互作用對材料的力學性能及使用性能影響顯著。本項目擬通過先進的中子衍射技術，對不同工藝參數條件下放電等離子燒結納米金屬內部的宏微觀三維應力場進行定量測試與表征，建立納米金屬中包含宏微觀應力場互動作用的三維應力場分布理論；在此基礎上，構建能夠預測微觀點陣應變及巨觀應力應變的先進自洽微觀模擬模型，並將其引入有限元程式，對塊體納米金屬內部的殘餘應力場進行跨尺度模擬，最終揭示塊體納米金屬內部各種宏微觀應力同SPS燒結工藝參數之間的關係，實現SPS工藝參數的最佳化設計。同時研究與各種缺陷相關的第三類應力分布及演化規律，並輔以XRD、SEM、TEM、HRTEM分析技術，揭示納米金屬內部宏微觀應力場與材料內部各類微觀缺陷的相互作用機制。

結題摘要

放電等離子燒結（Spark Plasma Sintering，簡稱SPS）技術，突破了傳統的輻射加熱方式，實現了粉體材料的內部發熱與外部加熱相結合，使燒結體的升溫速率和降溫速率均大幅度提高，極大地縮短了燒結時間，非常適合於納米金屬材料的製備。然而在採用SPS技術製備塊體納米金屬的過程中，如果燒結工藝控制不當，將導致納米金屬製品中出現很大的宏微觀殘餘應力，勢必會對材料力學性能產生顯著影響。針對這一問題，本項目通過對SPS製備三維塊體納米金屬內部宏微觀應力場進行定量測試與表征研究，建立了納米金屬中包含宏微觀應力場互動作用的三維應力場分布理論，構建了納米金屬的微觀力學本構關係，建立了納米金屬內部三維殘餘應力場的跨尺度模擬方法，實現了納米金屬微觀力學行為與製備工藝參數及巨觀力學行為之間關係的定量化研究，在此基礎上揭示了納米金屬內部三維宏微觀應力場與SPS各種關鍵製備工藝參數及材料內部各類微觀缺陷的內在關係，最終實現了SPS工藝參數的最佳化設計，改善了塊體納米金屬材料內部的殘餘應力場分布，提高了納米金屬的力學性能和使用性能。項目取得的研究成果將推動塊體納米金屬製備技術相關基礎理論研究工作的深入進展，並為三維納米金屬塊體材料的工業化生產和套用打下了一定基礎。