制陶材料优化设计.doc

制陶材料的优化设计 ［摘 要］借助正交试验设计法研究了加热方案，四种烧结添加剂CaO, YA, MgO和Al? 烧结温度及烧结时间对制陶材料强度的影响，以此建立合理的正交试验数学模型，对实 验结果进行分析后得出最优工艺条件。然后对所建立的模型进行误差分析做出评价，提 出了更合理的实验设计计划及实验结果的分析方法。有助于开发军事工业上航天，航空 飞行器等特殊性能指标的功能材料，推动我国国防工业发展。 ［关键词］试验模型，强度，最优工艺条件,试验设计及分析 ［关键词］试验模型，强度，最优工艺条件, 试验设计及分析 问题重述 硅酸盐（SiN）制陶材料是一?种强度高、耐磨、抗氧化和耐高温的材料，它广泛应 用于高温结构的材料屮，如切割工具、齿轮、内燃机部件及航空、航天飞行器的有关部 件等。影响这种材料的强度的因素有： A:加热方案,A产两步,A产一步；（其中“两步”包括“一步”上的预烧结阶段）. B:四种烧结添加剂CaO, Y203, MgO和Al203的总量,B产14摩尔%, B2=16摩尔%, B尸18摩尔%。 C:CaO 的含量,G二0.0 摩尔％, C2=l. 0 摩尔％, C3=2. 0 摩尔％。 D: Y2O3的摩尔%与皿或）的摩尔的比率,D产1:1, D2=l:2, D3=l:6. E： Y2O3的摩尔%与AI2O3的摩尔%的比率,E产2:1, E2=l:l, E3=l:4. F:烧结温度，F严 1800°C, F2=1850°C, F3=1900°C. G:烧结吋间,Gt=lh, G2=2h, G3=3h. 为了寻找使得该种材料的强度达到最高的工艺条件，特此安排了如下试验方案，测量数 据见表1, 表1、陶瓷试验方案及强度数据表 试验号 A B C 因素 r g 强度 I) E 1 1 2 2 1 3 1 3 996.8 783.6 796.9 2 1 2 1 2 2 3 1 843. 8 816.2 714.3 824. 4 3 1 2 3 3 1 2 2 647. 1 667.9 534. 3 617. 7 4 1 3 2 1 2 3 2 616.3 552.3 552.6 596.0 5 1 3 1 2 1 2 3 517.8 526. 1 49 1 499,5 6 1 3 3 3 3 1 1 1002.0 1097.0 882.9 940. 1 7 1 1 2 2 3 2 1 806.5 933.5 964. 9 1016. 0 8 1 1 1 3 2 1 2 801.5 803.2 846. 2 756. 1 9 1 1 3 1 1 3 3 739.2 863.3 797.0 929.6 10 2 2 2 3 1 3 1 615.0 627,5 583.9 597. 1 563.9 11 2 2 1 1 3 2 2 795.9 854.0 937.0 999. 2 724. 8 12 2 2 3 2 2 1 3 850.9 921.8 990.6 943. 5 840. 9 13 2 3 2 2 1 1 2 513.0 665.9 719 646. 1 14 2 3 1 3 3 3 3 831.3 981. 4 912.5 950.7 987.3 15 2 3 3 1 2 2 1 806. 1 908. 1 627.6 855.0 16 2 1 2 3 2 2 3 727.3 643. 9 584.0 643. 1 602. 1 17 2 1 1 3 2 2 3 836.8 716.3 862.9 796. 2 18 2 1 3 1 1 1 1 1001.0 937.6 955.3 995.8 1009. 0 注：因索栏中数字“i”表示因素在试验屮处于第i水平。 基本假设 1 ?各个因素和强度的关系不变。 各个因索之间没有显著相关性，对各因索与强度的关系的影响可以忽略。 本题给出的各项数据真实可靠，18个方案的因素和强度（试验数据）具有足够的典 型意义 4.7式验表给出的多组强度值，认为是在同一条件下的多次重复得岀，强度的差异在允 许范围内。 术语及符号说明 3.1术语说明 ?正交表：一种规格化的能合理的安排试验，利用数理统计原理分析试验结果、处理 多因素试验的科学方法的表。 ?表头设计：选好正交表后，将因索分别排在正交表的适当的列号上方。本例屮将 A, B, ???, G, H八个因素分别排在LI8（2x37）的第1,…丄。 ?方差分析：处理在生产实践和科学试验屮，试验条件不同得到试验结果不同的问题 的一种数学方法。（其屮混合型正交设计的方差分析，其木质与一般水平数相同的正 交设计的方差分析一致，只要注意在计算吋注意到各列水平数的差别就行了。） 试验设计：是以概率论与数理统计为理论基础，经济地科学地指定试验方案