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气体静压轴承用三维连续网络多孔Al₂O₃/ZL102材料制备及性能研究

作　者: 张伟
导　师: 戴斌煜
学　校: 南昌航空大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 三维连续网络多孔Al2O3/ZL102复合材料气体静压轴承制备工艺静态性能 FLUENT仿真
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

三维连续网络多孔陶瓷/金属复合材料是采用浸渗工艺制备得到，即在预制的三维连续网络结构的多孔陶瓷预制体中浇入液态金属而成，与粉末冶金工艺制备得到的多孔质材料一样，该复合材料也具有渗透气体或者液体的特殊性能，在气体轴承领域具有很好的发展前景。目前国外已有应用，但国内在这方面的应用研究几乎没有。本文以研究新型低渗透系数的气体静压轴承用多孔复合材料为目的，探讨制备工艺参数对多孔复合材料性能的影响；采用FLUENT软件对复合材料气体轴承静态性能进行仿真模拟，为三维连续网络多孔陶瓷/金属复合材料在气体静压轴承上应用提供理论与实验基础。本文以α-Al₂O₃、B4C、醇酸清漆、聚氨酯泡沫为材料，采用挂浆成形工艺制备了不同PPI的多孔氧化铝陶瓷预制体；通过浸渗工艺制备出三维连续网状多孔Al₂O₃/ZL102复合材料，并加工制备出气体轴承；测试分析了孔隙率、渗透系数、复合材料界面微观结构；应用FLUENT软件模拟研究了该类复合材料气体轴承的渗透系数、供气压力、尺寸结构对气体静压轴承静态性能（承载力W，流量Q）的影响。通过对制备工艺以及复合材料的性能研究，我们发现：当浸渗温度为720℃、浸渗压强为0.04MPa下，采用30PPI的多孔氧化铝陶瓷预制体制备的三维连续网络多孔Al₂O₃/ZL102复合材料的孔隙率为15.7%，渗透系数为0.4×10-12m2，孔隙分布均匀，各向同性良好，与10PPI、20PPI的多孔氧化铝陶瓷制备得到的复合材料相比，可满足多孔质气体静压轴承对材料的要求，有希望被用于气体静压轴承。采用FLUENT软件对多孔复合复合材料气体轴承静态性能进行模拟分析，在0.6MPa压强下承载能力的模拟结果与实验结果的误差仅为9.82%，说明该模型具有一定的可信度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-23
  1.1 课题研究背景、目的及意义  8-9
  1.2 气体润滑轴承概述  9-11
    1.2.1 气体轴承工作原理  9-10
    1.2.2 气体静压轴承的节流形式  10-11
  1.3 多孔质气体静压轴承  11-19
    1.3.1 多孔质气体静压轴承的分类  11-12
    1.3.2 多孔质轴承材料的制备工艺  12-13
    1.3.3 多孔质气体轴承特性  13
    1.3.4 多孔质气体静压轴承理论基础  13-16
    1.3.5 多孔质气体轴承国内外研究与应用现状  16-19
  1.4 三维连续网络结构多孔陶瓷/金属复合材料简介  19-22
    1.4.1 三维连续网络多孔陶瓷/金属复合材料的制备工艺  19-20
    1.4.2 三维连续网络多孔陶瓷/金属复合材料的结构及特征  20-22
  1.5 本文主要研究内容  22-23
第2章研究方法及实验条件  23-34
  2.1 复合材料气体轴承制备工艺研究技术路线  23-24
  2.2 三维连续网络多孔 Al_2O_3/ZL102 气体轴承的制备  24-29
    2.2.1 多孔陶瓷预制体的材料选择与制备  24-26
    2.2.2 三维连续网络多孔 Al_2O_3/ZL102 复合材料的制备  26-29
    2.2.3 三维连续网络多孔 Al_2O_3/ZL102 气体轴承的加工  29
  2.3 复合材料性能表征与测试  29-33
    2.3.1 体积密度  29-30
    2.3.2 孔隙率  30
    2.3.3 微观结构  30
    2.3.4 渗透系数  30-32
    2.3.5 承载能力  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章实验结果及分析  34-45
  3.1 多孔氧化铝陶瓷预制体  34-35
    3.1.1 氧化铝陶瓷预制体的外观形貌  34-35
    3.1.2 氧化铝陶瓷预制体的孔隙率及体积密度  35
  3.2 三维连续网络多孔 Al_2O_3/ZL102 复合材料的孔隙率  35-38
    3.2.1 氧化铝陶瓷预制体目数对复合材料孔隙率的影响  35-36
    3.2.2 浸渗温度对复合材料孔隙率的影响  36-37
    3.2.3 浸渗压强对复合材料孔隙率的影响  37-38
  3.3 三维连续网络多孔 Al_2O_3/ZL102 复合材料的界面  38-42
    3.3.1 复合材料气体轴承的外观形貌  38-39
    3.3.2 复合材料气体轴承的界面  39-42
  3.4 三维连续网络多孔 Al_2O_3/ZL102 气体轴承的渗透系数  42-44
  3.5 三维连续网络多孔 Al_2O_3/ZL102 气体轴承承载能力实验  44
  3.6 本章小结  44-45
第4章多孔复合材料气体轴承静态性能的 FLUENT 仿真  45-59
  4.1 圆板形多孔复合气体静压轴承理论  45-49
    4.1.1 气体在多孔复合材料内部压力分布  46-47
    4.1.2 气体在止推轴承间隙中的压力分布  47-49
  4.2 FLUENT 软件及其应用  49-54
    4.2.1 GAMBIT 简介及网格建立和划分  50-52
    4.2.2 设置边界条件及 FLUENT 求解控制参数  52-53
    4.2.3 FLUENT 计算及后处理  53-54
  4.3 影响多孔复合材料静压止推轴承静态性能的因素  54-57
  4.4 实验结果与仿真计算结果的对比分析  57
  4.5 本章小结  57-59
第5章结论及展望  59-61
  5.1 全文结论  59-60
  5.2 后继工作展望  60-61
参考文献  61-65
附录  65-66
攻读硕士期间发表的学术论文目录  66-67
致谢  67-68

气体静压轴承用三维连续网络多孔Al2O3/ZL102材料制备及性能研究

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