陶瓷坯体烧结过程温度场的仿真与控制

论文摘要

陶瓷由于它独特而优良的特性在各个领域得到广泛应用,陶瓷烧结过程又作为影响陶瓷性能的主要因素越来越受到人们的重视。本文首先介绍陶瓷窑炉方面热工理论的研究及陶瓷在工业中的应用情况。然后对陶瓷坯体的烧结方法、烧结的主要阶段,烧成制度的拟定以及最佳烧成曲线的确定等作了叙述。分析了各种不同烧结缺陷产生的原因。为后面陶瓷坯体烧结的数学模型的建立和对烧成过程的模拟提供了理论依据。接着本文利用通用有限元软件ANSYS计算了不同烧结曲线下陶瓷坯体的温度场情况,围绕陶瓷坯体在烧结过程中的升温、保温、降温过程中温差的变化进行研究。先分析简单的单位面积坯体在不同烧结曲线下的温度及温差分布,得到了温差变化的规律,然后对当前烧结曲线中存在的问题作了比较和研究,并制定了更合理,更快捷的烧结曲线。最后通过对简单形体和复杂形体的温度场和应力场进行了耦合分析,研究和探讨一定烧成条件下制品内部的温度场和热应力场分布规律,并通过对烧结过程的温差控制达到对热应力控制的目的,以减少在烧结过程中变形和裂纹的产生。为今后烧成制度的优化提供定量的理论分析依据。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 窑炉热工的研究现状
• 1.2 陶瓷热工过程计算机模拟的意义
• 1.3 本文意义及研究内容
• 第二章 陶瓷的烧结
• 2.1 引言
• 2.2 陶瓷烧结方法以及存在的缺陷
• 2.3 传统的烧结方法存在的问题
• 2.4 陶瓷坯体烧结过程中产生的缺陷的形式及原因
• 2.5 烧结过程
• 2.6 通常拟定烧结制度的方法
• 2.6.1 烧结制度与产品性能的关系
• 2.6.2 烧结制度的制定
• 2.6.3 烧结曲线的确定
• 2.7 本章小结
• 第三章 陶瓷坯体烧结温度场的ANSYS分析
• 3.1 引言
• 3.2 传热学基础
• 3.3 有限元法基础
• 3.4 陶瓷坯体的传热模型
• 3.5 陶瓷坯体有限元模型求解
• 3.5.1 ANSYS软件介绍
• 3.5.2 ANSYS有限元热分析过程
• 3.5.3 ANSYS模型及求解
• 3.6 温度场变化分析
• 3.6.1 烧结过程物性参数的变化
• 3.6.2 不同斜率升温对烧结的影响
• 3.7 制定合理的升温曲线
• 3.8 保温过程的研究
• 3.8.1 常规的保温方法
• 3.8.2 制定合理的保温方法
• 3.9 降温曲线的制定
• 3.9.1 传统的降温曲线
• 3.9.2 合理的降温曲线
• 3.10 本章小结
• 第四章 陶瓷烧结应力场分析
• 4.1 引言
• 4.2 ANSYS热应力耦合分析
• 4.2.1 陶瓷材料的强度理论
• 4.2.2 热应力耦合分析
• 4.3 简单形状的陶瓷坯体应力场分析
• 4.3.1 模型建立及单元转换
• 4.3.2 传统烧结曲线应力分析
• 4.3.3 变斜率烧结曲线的应力分析
• 4.4 对复杂坯体应力场分析
• 4.4.1 模型建立
• 4.4.2 热应力耦合
• 4.4.3 热应力耦合的结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢