Mikrostruktursimulationen für die systematisch orientierte Entwicklung von thermoschockbeständigen Werkstoffen mit reduziertem Kohlenstoffgehalt

用于系统开发低碳抗热震材料的微观结构模拟

基本信息

项目摘要

Due to the resulting high thermal shock resistance, carbon is used in more than 40% of all fire-proof products worldwide to adjust their thermomechanical and chemical properties. For the development of “cleaner” fire-proof parts and the consequential avoidance of carbon, it is essential to understand how other materials can tailored to reach a comparable thermal shock resistance even under today’s higher thermal shock stresses. This project contributes to this by presenting first steps on how to use recently by ourselves developed meshless simulations to study how nanoscale additives can be used to optimize the thermal shock resistance of fire-proof ceramics and prevent crack propagation. The main goal of this project remains unaltered, i.e. it aims to contribute to a more comprehensive understanding of the thermo-fracture dynamics and materials degradation due to thermal shock. The modeling of a damage evolution is crucial for design of advanced materials such as high temperature ceramics. In particular, it helps for a suitable choice of per process parameters and material for the development of refractory ceramics with optimal mechanical properties. The specific focus is on a simulation-based study of impact the nanoscale additives on the thermal shock resistance of ceramics with carbon reduced content. Specifically, the influence of zirconium titanates (ZrTiO4), magnesium aluminum spinel (MgAl2O4) and cementite (Fe3O) on the microstructure in products containing about 10% percent carbon, such as MgO–C one hand, and also functional components with about 30% of carbon,for example Al2O3–C other hand, will be considered. Modeling of both cases are important for understanding influence of carbon content on the behavior of materials under thermal stress.
由于碳具有很高的抗热震性,全球40%以上的防火产品都使用碳来调节其热机械和化学性能。为了开发“更清洁”的防火部件并避免碳的产生,必须了解如何定制其他材料,即使在当今更高的热冲击应力下也能达到相当的抗热冲击性。该项目通过介绍如何使用我们最近开发的无网格模拟来研究如何使用纳米级添加剂来优化防火陶瓷的抗热震性并防止裂纹扩展的第一步来对此做出贡献。该项目的主要目标保持不变,即它旨在促进对热断裂动力学和热冲击引起的材料退化的更全面的理解。损伤演化模型对于高温陶瓷等先进材料的设计至关重要。特别是,它有助于选择合适的工艺参数和材料,以开发具有最佳机械性能的耐火陶瓷。具体的重点是基于模拟的研究纳米添加剂对陶瓷的抗热震性的影响与碳含量降低。具体地,将考虑钛酸锆(ZrTiO 4)、镁铝尖晶石(MgAl 2 O 4)和尖晶石(Fe 3 O)对含约10%碳的产品(例如一方面为MgO-C)以及含约30%碳的功能组分(例如另一方面为Al 2 O 3-C)的微观结构的影响。这两种情况的建模对于理解碳含量对热应力下材料行为的影响是重要的。

项目成果

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