基于有限元模拟镁碳耐火材料骨料－界面层－基质细观结构及界面特性研究

有限元计算细观力学在材料设计与研究方面优于"炒菜式"方法，在开发高性能镁碳材料中显示很好的应用潜力。本项目针对开发高性能镁碳耐火材料中涉及的界面特性复杂问题，拟先通过设计制备具有刚玉颗粒-镁铝尖晶石界面层-氧化镁基质结构的典型耐火材料，探讨颗粒形状和体积分数、及界面厚度、接触面积、弹性等特性对耐火材料的热弹性影响，寻找合适的代表性体积单元并建立耐火材料骨料-界面层-基质三相细观结构模型；再通过研究镁碳耐火材料原料组成对基质、复相材料的热弹性性能和应力屈服曲线的影响，采用已建立的三相细观结构模型和有限元模拟结合Levenberg-Marquardt方法，逆向获取界面特性参数，建立原料组成与基质、界面特性之间的支持向量机预报模型；最后研究冷热循环过程中影响镁碳耐火材料内热应力大小分布，优化界面特性，寻找制备镁碳材料的合适原料组成，为设计和开发高抗热震稳定性镁碳耐火材料提供理论指导。

有限元计算细观力学在镁碳耐火材料的设计与性能研究中具有很好的应用潜力。本项目针对镁碳耐火材料界面特性复杂问题，通过设计制备具有刚玉颗粒-镁铝尖晶石界面层-氧化镁基质结构的典型耐火材料，探讨颗粒形状和体积分数、及界面厚度、接触面积、弹性性能等特性对该典型耐火材料的热弹性性能影响，寻找合适的代表性体积单元并建立耐火材料骨料-界面层-基质三相细观结构模型；系统研究了镁碳耐火材料中引入新型碳源后细观结构界面特性，及其对高温服役过程中镁碳耐火材料的力学和热应力学性能。通过界面特性优化研究发现，复合添加不同碳源能有效提高镁碳耐火材料的综合使用性能，为设计和开发具有良好抗热震稳定性镁碳耐火材料提供理论指导，同时也丰富了复合材料设计的理论体系。