第31卷第8期 苏盛彪等:强界面陶瓷层状复合材料优化设计的最佳层厚比探讨 747 3结论 (1)对于强界面层状材料,拉、压应力层厚度 比存在一个最佳值,即最佳层厚比,给出了最佳层 厚比的计算方法。 层材料 000.51.01.520253.0 39.17%ZrO2(质量分数,下同)的最佳层厚比理论 vmm 计算值为4.14,实验结果表明,最佳层厚比在249~ 之间,实验结果和计算值吻合 图5内层厚度h2对弹性模量E和断裂功W的影响 (3)3层材料Al2O3-14.31%ZrO2/Al2O3 Fig 5 Effect of inner thickness h2 on elastic modulus E and fracture work w %ZrO2在最佳层厚比处,抗拉强度、弹性模 量、断裂功和Ⅴ ickers硬度均达到最佳值 其变化规律与抗弯强度随内层厚度变化规律相似 参考文献 弹性模量通过三点弯曲的载荷-挠度关系测定。在 ]苏盛彪,预应力陶瓷与层状陶瓷复合材料应力分析与设计 用三点弯曲法测试3mm×4mm×30mm无缺口光 [D].北京:中国建筑材料科学研究院,2002. 滑试样的抗弯强度时,同时得到断裂功。 U Shengbiao. Stress analysis and optimal design for pre- 实验发现,层状材料断裂时的荷重随层厚比增 stressed ceramic laminates(in Chinese, dissertation). Beijing 加而增加,其断裂方式仍为脆性断裂,荷载_挠度(2] BAO Yiwang, SU Shengbia, HUANG Jow-lay, An uneven 方程呈线性关系。3层层状材料弹性模量和断裂功 and interface In 较单一块体材料均有增加。弹性模量的增加主要是 laminate composites[J]. J Compos Mater 2002, 36(14)1 由于材料在弯曲时,首先需要平衡材料中的残余压 769-1778. [3]包亦望,苏盛彪,黄肇瑞.对称型层状复相陶瓷中的残余应 应力,故达到断裂的最大挠度需要更大的力。而断 力分析[门.材料研究学报,2002,16(5):449-45 裂时的挠度并未有显著增加,即断裂功的增加主要 BAO Yiwang, SU Shengbiao, HUANG Zhaorui. Chin J Ma 来自于荷载的增大。这进一步证明材料中表层残余 压应力对材料的常规力学性能有着显著的影响 [4]包亦望,苏盛彪,杨建军,等,非均匀应变模型分析非对称层 状复合材料残余应力[J.硅酸盐学报,2002,30(5):579583 图6为3层试样表面 Vickers硬度与内层厚度 BAO Yiwang, SU Shengbiao, YANG Jianjun, et al. J Chin 的关系。试样中点的硬度均较块体A-10Z高,端 Ceram Soc (in Chinese), 2002, 30(5): 579--583. 点的硬度与A-10Z相近。随内层厚度增加,硬度5包亦塑,苏盛彪预应力复相陶瓷最优化设计[.稀有金属 提高,说明残余应力在发挥着作用。中点硬度的提 材料与工程,2001,30(增刊):610—615 BAO Yiwang, SU Shengbiao. Rare Met Mater Eng (in Chi 高,也表明残余压应力促进了表层材料烧结 nese),2001,30(supp):610615 [6] CLEGG W J, KENDALL K, ALFORD N M, et al. A simple A-10Z/A-30Z [7] HUANG Y, HAO H N, CHEN Y L, et al. Design and prep- [J]. Acta Metall Sinica, 199 ◆ Midpoint (6):479-484. [8] REQUENA J, MORENO R, MOYA J S. Alumina and alu mina/zirconia multilayer composites obtained by slip casting 1.01.52.0 . J Am Ceram Soc,1989,72(8):1511-1513 9] VIRKAR A V, HUANG J L, CUTTLER R A. Strength of oxide ceramics by transformation-induced stresses[J]. JAm 图63层试样中点和端点的 Vickers硬度Hv与内层 Ceram soc,1987,70(3):164-170. 厚度h2的关系 [10 CUTLER R A, BRIGHT J D, VIRKAR Fig 6 Relationship of vickers hardness Hy and inner Strength ment in transformation-toughened alumina by selective phase transformation [J]. J Am Ceram Soc three layers specimen 987,70(10):714-718. 2 01994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reservedhttp://www.cnki第 卷第 期 苏盛彪 等 强界 面 陶瓷层 状复合材料优 化设计 的最佳层 厚 比探讨 一 一 《 结 论 ▲ 一 一尸︸ 、、︺ ‘勺们钊幻门月了﹃ 浦、护, 一, 闰川 了 诬 图 内层 厚度 对 弹性模量 和断裂功 的影 响 对 于强 界 面 层 状 材 料 , 拉 、 压 应 力 层 厚 度 比存 在一个最佳值 , 即最 佳 层 厚 比 , 给 出 了最 佳层 厚 比 的计算方法 。 层 材 料 一 一 质 量 分 数 , 下 同 的最 佳层 厚 比理 论 计算值为 , 实验结果表 明 , 最佳层厚 比在 一 之 间 , 实验结果 和计算值 吻合 。 层 材 料 一 一 在 最 佳 层 厚 比处 , 抗 拉 强 度 、 弹性 模 量 、 断裂 功 和 硬度均 达到最佳值 。 其变化规律 与抗 弯强 度 随 内层 厚 度 变 化 规 律 相 似 。 弹性模量 通 过 三点弯 曲的载荷 一 挠 度关 系测 定 。 在 用 三点弯 曲法 测试 无 缺 口 光 滑试样 的抗 弯强度时 , 同时得 到 断裂功 。 实 验发 现 , 层状材料 断裂 时 的荷重 随层 厚 比增 加 而增加 , 其 断裂 方 式 仍为脆 性 断裂 , 荷 载 一 挠 度 方程 呈线性 关系 。 层 层 状 材 料 弹性 模量 和 断裂 功 较单一块 体材料均有 增加 。 弹性模 量 的增 加 主要是 由于材 料在弯 曲时 , 首先需 要 平衡 材料 中的残余 压 应 力 , 故达 到断裂 的最 大挠 度需 要 更 大 的力 。 而 断 裂 时 的挠 度并未有显 著 增 加 , 即 断裂 功 的增 加 主要 来 自于 荷载 的增 大 。 这 进一步证 明材 料 中表层残余 压应 力对 材料 的常规 力学性 能有着 显著 的影 响 。 图 为 层 试 样 表 面 硬度 与 内层 厚 度 的关 系 。 试 样 中点 的硬度 均 较块 体 一 高 , 端 点 的硬度 与 一 相 近 。 随 内层 厚 度 增 加 , 硬 度 提 高 , 说 明残余应力在 发 挥着 作 用 。 中点 硬 度 的提 高 , 也表 明残余压应 力促进 了表层材料烧结 。 一 一 么 图 层 试样 中点 和 端点 的 硬度 与 内层 厚度 的关系 参 考 文 献 〕 苏盛彪 预 应 力 陶瓷与 层 状 陶 瓷复 合材 料 应 力 分析 与 设 计 〔 」 北 京 中国建筑材料科学研究 院 , , , 〕 , , 诊 〕 , , 一 〕 包亦望 , 苏 盛彪 , 黄肇 瑞 对 称 型 层 状 复 相 陶瓷 中的残余应 力 分析仁 〕材料研究学 报 , , 一 , , , , 一 仁 〕 包亦望 , 苏 盛彪 , 杨 建军 , 等 非 均匀应变模型 分析非 对称层 状复合材料残余应力〔」硅酸盐学报 , , 。 一 , , , , , 一 」 包亦望 , 苏盛彪 预应 力复相 陶瓷最优化设计 〕 稀有金 属 材料 与工程 , , 增 刊 一 , , , 一 〔 〕 , , 〔琅 , ￡ 〕 , , 一 〕 , , 己 〕 , , 一 仁 〕 , , 。 「」 , , 一 〔 〕 , , 一 仁〕 , , 一 〕 , , , 。 一 〔 〕 , , 一 ︸工 叻尸一沈、 。 二 白 」 刀