【摘 要】
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在陶瓷刀具中加入适量的石墨烯,形成的石墨烯增强复合陶瓷刀具有着比纯单相陶瓷刀具更加优异的力学性能。然而受限于实验条件的限制,对石墨烯增强复合陶瓷刀具的研究还一直停留在以光学显微和宏观性能方面,而有关石墨烯增强复合陶瓷刀具的陶瓷基体与石墨烯之间界面力学性能的研究还相对较少。本文采用分子动力学模拟方法,通过选取合适的力场、系综和边界条件,模拟了石墨烯拔出氧化铝陶瓷刀具基体的过程。研究了石墨烯的拔出速度
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在陶瓷刀具中加入适量的石墨烯,形成的石墨烯增强复合陶瓷刀具有着比纯单相陶瓷刀具更加优异的力学性能。然而受限于实验条件的限制,对石墨烯增强复合陶瓷刀具的研究还一直停留在以光学显微和宏观性能方面,而有关石墨烯增强复合陶瓷刀具的陶瓷基体与石墨烯之间界面力学性能的研究还相对较少。本文采用分子动力学模拟方法,通过选取合适的力场、系综和边界条件,模拟了石墨烯拔出氧化铝陶瓷刀具基体的过程。研究了石墨烯的拔出速度、系统温度、空位缺陷、石墨烯褶皱以及陶瓷刀具基体类型等对纳米复合陶瓷刀具界面力学性能的影响,揭示了石墨烯拔出时复合陶瓷刀具界面力学性能变化的微观原理,对进一步研究石墨烯增强复合陶瓷刀具的界面性能提供了一些思路,同时为新型石墨烯增强复合陶瓷刀具的研发和制备从微观角度上提供了理论依据。研究了石墨烯的拔出速度、系统温度以及石墨烯空位缺陷对Al2O3/GR纳米复合陶瓷刀具界面力学性能的影响。结果表明:Al2O3/GR纳米复合陶瓷刀具界面之间存在较大的界面相互作用能（639.91 e V）和界面剪切应力（382 MPa）,石墨烯受到的最大界面拔出力和剪切应力随着拔出速度增加而增加。温度升高使Al2O3/GR纳米复合陶瓷刀具的界面相互作用能、最大界面剪切应力与拔出力减小,温度升高会使氧化铝陶瓷刀具基体发生蠕变。石墨烯中适量的空位缺陷增大了Al2O3/GR纳米复合陶瓷刀具的最大界面拔出力与剪切应力。研究了石墨烯褶皱、陶瓷刀具基体类型以及拔出速度对纳米复合陶瓷刀具界面力学性能的影响。结果表明:与平直的石墨烯相比较,褶皱石墨烯能更有效的增强氧化铝纳米复合陶瓷刀具的界面力学性能。与Si C/GS纳米复合陶瓷刀具相比,Al2O3/GS纳米复合陶瓷刀具的界面力学性能更好。Al2O3/GS和Si C/GS纳米复合陶瓷刀具的最大界面拔出力均随着石墨烯拔出速度的增加而增加,Al2O3/GS纳米复合陶瓷刀具在不同速度下的最大界面拔出力仍远大于Si C/GS纳米复合陶瓷刀具的最大界面拔出力。最后通过实验制备了Al2O3/GR纳米复合陶瓷刀具材料,并从断口形貌看到了石墨烯的拔出、断裂和石墨烯褶皱,对石墨烯的拔出模拟进行了验证。
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