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新型SiC/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴的研究开发及其应用

丁明伟

  本文从喷砂嘴的实际使用要求出发,研制开发出新型SiC/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴,并对其组分设计、力学性能和微观结构等进行了全面系统的研究。运用气固两相流动理论对喷砂过程进行了模拟和仿真;运用有限元分析软件对陶瓷喷砂嘴的应力状态进行了分析;并对所研制的SiC/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴进行了冲蚀磨损试验,探索了其冲蚀磨损机理。以SiC为基体,(W,Ti)C固溶体为增韧补强剂,采用热压烧结工艺研制成功了SiC/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴。SiC/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴材料的最佳烧结工艺为:烧结温度为1900℃,保温时间为30min,压力为30MPa;(W,Ti)C的最优组分含量为70Vol%。其力学性能为:维氏硬度为25.944GPa,抗弯强度为631MPa,断裂韧性为4.38MPa.m~(1/2)。SiC/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴材料的抗弯强度和硬度都随(W,Ti)C含量的增加而增大,而断裂韧性随(W,Ti)C含量的增加而降低。SiC陶瓷的断口表面存在许多气孔,材料极不致密,其断裂方式为穿晶断裂,而SiC/(W,Ti)C陶瓷材料的断口表面几乎没有气孔存在,且各相分布均匀,材料极致密,其断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂相结合的混合断裂。对磨料在不同结构形式喷砂嘴内的运动速度和轨迹进行了计算和模拟仿真。结果表明:磨料在喷砂嘴内的运动近似均匀流动,从喷砂嘴入口到出口的运动过程中,速度逐渐增大,并且靠近轴心的速度高,接近壁面的速度低。锥角喷砂嘴的磨料出口速度大于通孔喷砂嘴的,其锥角喷砂嘴最佳角度范围为10°~25°。运用有限元法分析了不同入口锥角的陶瓷喷砂嘴冲蚀过程中的应力状态。结果表明:磨料入口处喷砂嘴所受的应力最大,出口次之,最小应力出现在中间区域,可以很好地解释喷砂嘴出、入口的磨损比其它位置磨损严重的现象。通孔喷砂嘴受到的最大应力大于锥角喷砂嘴的,且入口锥角的大小对喷砂嘴的应力状态有重要影响,SiC/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴的最佳入口角为15°左右,结合速度分析结果,……   
[关键词]:喷砂嘴;冲蚀磨损;陶瓷材料;磨损机理;SiC/(W;Ti)C陶瓷
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:山东大学2006年