Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 16
1.1 Керамические материалы 16
1.1.1 Характеристика керамических материалов 16
1.1.2 Керамоматричные композиты 21
1.2 Оксид алюминия 27
1.2.1 Основные свойства оксида алюминия 27
1.2.2 Области применения корундовой керамики 29
1.2.3 Керамические композиты на основе матрицы оксида алюминия 31
1.3 Углеродные нанотрубки 35
1.3.1 Структура и свойства углеродных нанотрубок 35
1.3.2 Производство углеродных нанотрубок 38
1.3.3 Диспергирование углеродных нанотрубок 40
1.4 Керамический композит Al2O3-УНТ 47
1.4.1 Гомогенное распределение компонентов композитного порошка 47
1.4.2 Спекание композитного порошка Al2O3-УНТ 50
1.5 Моделирование структуры и свойств композита Al2O3-УНТ 54
1.5.1 Описание физических процессов во время спекания 54
1.5.2 Основные теории и модели процесса спекания 58
1.5.3 Нейронные сети как инструмент моделирования сложных процессов 59
1.6 Постановка задач исследований 64
ГЛАВА 2 Экспериментальные исследования 67
2.1 Методика экспериментальных исследований по получению керамического композита Al2O3-УНТ 67
2.1.1 Описание характеристик исходных компонентов керамического композита Al2O3-УНТ 69
2.1.1.1 Оксид алюминия 69
2.1.1.2 Углеродные нанотрубки 70
2.1.1.3 Исследование свойств углеродных нанотрубок
2.2 Методика исследований физико-механических свойств керамического композита Al2O3-УНТ 76
2.3 Синтез образцов композита Al2O3-УНТ
2.3.1 Получение композитного порошка 82
2.3.2 Спекание композитного порошка Al2O3-УНТ
2.3.2.1 Спекание в вакууме 87
2.3.2.2 Искровое плазменное спекание 106
2.4 Механические свойства композиционного материала Al2O3-УНТ 118
2.4.1 Механические свойства композита Al2O3-УНТ, полученного спеканием в вакууме 118
2.4.2 Механические свойства композита Al2O3-УНТ, полученного искровым плазменным спеканием 123
2.5 Выводы по главе 2 126
ГЛАВА 3 Математическое моделирование и оптимизация процесса спекания в вакууме 131
3.1 Методика выбора структуры нейросетевой модели 131
3.2 Выбор нейросетевой модели
3.2.1 Анализ исходных экспериментальных данных 134
3.2.2 Структура нейросетевого комплекса 139
3.2.3 Алгоритм обучения персептронного комплекса 143
3.2.4 Выбор оптимальной модели персептронного комплекса 145
3.3 Оптимизация температурного режима спекания керамического композита Al2O3-УНТ в вакууме 160
3.4 Выводы по главе 3 174
ГЛАВА 4 Математическое моделирование и оптимизация процесса искрового плазменного спекания 176
4.1 Построение математической модели процесса искрового плазменного спекания композита Al2O3-УНТ 176
4.1.1 Общий вид математической модели искрового плазменного спекания композита Al2O3-УНТ 177
4.1.2 Учет кинетических параметров процесса искрового плазменного спекания композита Al2O3-УНТ 178
4.1.3 Начальные и граничные условия математической модели процесса искрового плазменного спекания композита Al2O3-УНТ 182
4.2 Алгоритм решения уравнения математической модели процесса искрового плазменного спекания композита Al2O3-УНТ 183
4.2.1 Разностная схема для решения уравнения изменения пор по размерам 183
4.2.2 Определение порядка аппроксимации по времени и координате для разностной схемы «Z-схема» 185
4.2.3 Доказательство устойчивости разностной схемы «Z-схема» 186
4.2.4 Сравнение разностной схемы «Z-схема» со схемами уголок (явный и неявный) и «Кабаре» 189
4.2.5 Алгоритм решения уравнения математической модели искрового плазменного спекания композита Al2O3-УНТ с помощью «Z-схемы» 193
4.3 Результаты решения уравнения математической модели искрового плазменного спекания композита Al2O3-УНТ 202
4.3.1 Начальный вид функции распределения пор порошковой прессовки композита Al2O3-УНТ по диаметру 203
4.3.2 Определение значений кинетических констант математической модели описания изменения пористости порошковой прессовки композита Al2O3-УНТ во время процесса искрового плазменного спекания 204
4.3.3 Проверка адекватности модели изменения пористости порошковой прессовки композита Al2O3-УНТ 206
4.3.4 Результаты моделирования процесса уменьшения пористости при искровом плазменном спекании порошковой прессовки композита Al2O3-УНТ
4.4 Использование математической модели искрового плазменного спекания для оптимизации 225
4.5 Выводы по главе 4 227
ГЛАВА 5. Разработка технологической схемы получения керамического композитного материала AL2O3-УНТ в промышленном масштабе 230
5.1 Расчет материального баланса получения композита Al2O3-УНТ (5 %об. и 30 %об. УНТ) по лабораторным данным 230
5.2 Расчет материального баланса получения композита Al2O3-УНТ (5 %об. и 30 %об. УНТ) для промышленного производства мощностью 600 т/год 234
5.3 Подбор оборудования для организации производства композитного материала Al2O3-УНТ с производительностью 600 тонн в год 239
5.4 Построение технологической схемы получения керамоматричного композита Al2O3-УНТ в программном пакете Honeywell Unisim Design 245
5.5 Выводы по главе 5 248
Заключение 250
Список литературы 253
