纳米A1N陶瓷超塑性的有限元模拟研究安晓燕(河北建材职业技术学院，秦皐岛，066004)摘要：复杂形状的A1N陶瓷零件应用越来越广泛，这给A1N陶瓷的加工技术提出了新的课题，A1N陶瓷的纳米化有助于解决这一难题。本文采用SuperForm有限元软件对纳米A1N陶瓷超塑性挤压过程进行了数值模拟，为A1N陶瓷的超塑性近净成形技术奠定基础。关键字：纳米A1N陶瓷；超塑性；数值模拟屮图分类号：TQ174THESTUDYOFFEMSIMULATIONTONANO-SIZEDAINCERAMICSAnXiaoyan(HebeiVocational&TechnicalCollegeofBuildingMaterials,Qinhuangdao066004,China)Abstract:ComplexshapesofAINceramicpartsappliedmorewidely,whichraisednewissuestoAINceramicprocessingtechnology,AINceramicnano-technologyhelptosolvethisproblem.Inthispaper,BasedonSuperForm,simulatedthecombinedextrusionofnano-sizedAINceramic,andestablishedthefoundationofAINceramicsuperplasticnear-netforming.Keywords:nano-sizedAINceramics;superplasticity;simulation1.引言近二三十年来，随着微电子技术的飞速发展，尤其是混合集成电路(HIC)和多芯片组件(MCM)对封装技术提出了越来越高的要求，作为电路元件及互连线承载体的基片也获得了相应的进步［"］,A1N陶瓷因具冇高热导率、低介电常数、与硅相匹配的热膨胀系数、绝缘、无毒等特点，成为一种理想的电了封装材料，应用前景十分广阔，复杂形状的A1N陶瓷零件应用越來越广泛，这给A1N陶瓷的加工技术提出了新的课题。然而到口前为止，氮化铝陶瓷的須性还是非常有限的，1994年J.P.Michel［临等人在109MPa的应力作用下只获得了A1N陶瓷2.2%的压缩率，而A1N陶瓷的超塑性还没冇被报道。进入80年代以来，一个新兴的材料科学领域——纳米结构材料(nanostructuredmaterials)--------越来越引起人们的兴趣。著名的诺贝尔奖获得者Fcyncman在20世纪60年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。本文采用SuperForm有限元软件对纳米A1N陶瓷超塑性挤压过程进行了数值模拟，为A1N陶瓷的超塑性近净成形技术奠定基础。2.超塑性有限元模拟2」数值模拟分析平台的建立数值模拟技术作为重要的科研手段、科研工具和科研方向，近些年得到了飞速的发展。以有限单元法(FEM)为代表的大型商业化软件包如ANSYS、MARC、ABAQUS、FORGE、DERORM等得到了进一步的普及和应用。这些商业软件的特点是普遍采用图形一用户界面(GUI),便于理解和操作；且功能强大，能求解较大规模的实际问题。目前这些商业软件的核心算法已经日趋稳定和成熟，计算效率和精度随着计算机硬件能力的增强而不断提高和改善。但是，在大变形的塑性成形领域，有限单元法仍然没右完全解决制约它进一步发展与应用的“瓶颈”问题，即成形过程屮的单元畸变与网格自动重划分问题。因而在求解复杂的成形工艺问题，尤其是以精度为目标的精密塑性成形工艺时，面临着严重的计算精度与计算效率低下的困难，右时甚至根本无法运行。应该说在突破这一“瓶颈”前,有限单元法在复杂锻件成形模拟上述难尽人意。与上述有限元模拟分析软件不同，在近两年以右限体积法为核心算法的MSC.SuperFonn软件在复杂锻件成形领域的应用正不断得到认可。目前，一般的模拟分析软件在造型中还达不到专业CAD软件的水平，尤其是在具有复杂儿何形状的造型屮。因此采用目前较为常用的CAD软件Pro/Engineer作为自己的造型工具，通过上述多软件联合的方式构建用于纳米A1N陶瓷超塑性挤压工艺数值模拟分析的平台，以期通过充分发挥各软件的自身优势达到对工艺过程进行精确分析的目的。综上所述，Pro/Engineer(CAD软件)，MSC.Mentat(前后处理软件)，MSC.SuperForm(FEM)构成了纳米A1N陶瓷超塑性挤压工艺数值模拟分析的软件平台，如图1所示。有限元分析模块MSC.MarcCAD造型中性接口Pro/En•匕Mentat、工件变形分析软件MSC.SuperForm图1软件平台Fig.lSoftwarePlatform2.2纳米A1N陶瓷超塑性挤压工艺数值模拟中的建模在数值模拟分析中，模型的建立是一个比较重耍的环节。在当前冇限元模拟算法相对稳...