ZrC-SiCw超高溫復(fù)合陶瓷殘余應(yīng)力的測試與表征.pdf

1、具有優(yōu)異性能的超高溫陶瓷復(fù)合材料的研究關(guān)系著航空航天領(lǐng)域多項關(guān)鍵技術(shù)問題的發(fā)展。在陶瓷復(fù)合材料的制備、加工過程中，由于其各組分材料熱膨脹系數(shù)存在差異，會在材料內(nèi)部及表面產(chǎn)生殘余應(yīng)力。有害殘余應(yīng)力會對材料的力學(xué)、燒蝕、耐腐蝕等多項性能產(chǎn)生嚴重損害，然而復(fù)合材料中的有益殘余應(yīng)力能夠有效增強材料的各項性能。因而，殘余應(yīng)力的研究對于材料學(xué)的發(fā)展與進步是非常重要的。由于陶瓷復(fù)合材料的高脆性，使得陶瓷復(fù)合材料殘余應(yīng)力的測量與分析一直是國內(nèi)外研究的重

2、點與難點。
　　本文首先根據(jù)ZrC-SiCw超高溫復(fù)合陶瓷材料體系特有的組分結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)過多次探索性實驗，對X射線衍射法測量材料的殘余應(yīng)力進行了參數(shù)的優(yōu)化。包括衍射線波長、衍射角、衍射晶面、Ψ角、彈性常數(shù)、光斑直徑、曝光時間等，其中重點對比分析了三種常用定峰法，對于本實驗材料體系的擬合程度，找到本實驗材料體系的最優(yōu)定峰法。繼而采用參數(shù)優(yōu)化的X射線衍射殘余應(yīng)力測試法測量ZrC-SiCw超高溫陶瓷復(fù)合材料的表面殘余應(yīng)力，并應(yīng)用Eshe

3、lby等同夾雜物理論公式計算復(fù)合材料的殘余應(yīng)力理論值，對比分析殘余應(yīng)力結(jié)果、試樣各項力學(xué)性能及微觀組織，尋找材料增強相含量及分布對材料表面殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，探索材料表面殘余應(yīng)力與材料抗彎強度、斷裂韌性等力學(xué)性能及抗氧化燒蝕性能的關(guān)系。
　　本文采用三種常用的定峰法：拋物線定峰法、高斯定峰法及柯西定峰法測量同一試樣的表面殘余應(yīng)力，經(jīng)對比分析三種定峰法與真實衍射峰的擬合度及結(jié)果誤差，結(jié)果表明：對于本實驗測定的ZrC-SiCw超高溫陶

4、瓷復(fù)合材料體系來說，在三種常用的定峰法：拋物線定峰法、高斯定峰法及柯西定峰法中，柯西定峰法得到的擬合曲線與衍射峰的擬合度最好，為最優(yōu)定峰法。
　　分析XRD殘余應(yīng)力測試結(jié)果與其力學(xué)性能及抗氧化燒蝕性能，并結(jié)合Eshelby等同夾雜物理論殘余應(yīng)力計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)：ZrC-SiCw復(fù)合材料表面存在補強增韌的殘余壓應(yīng)力，其增韌機理一方面是殘余壓應(yīng)力對裂紋擴展的有效阻止，且殘余壓應(yīng)力可以抵消一部分載荷的作用。另一方面，由于晶須的線膨脹系數(shù)小

5、于基體的熱膨脹系數(shù)，基體在沿晶須方向受到晶須的拉應(yīng)力，在垂直晶須的徑向方向受到殘余壓應(yīng)力。當(dāng)裂紋垂直晶須方向擴展時，裂紋擴展途中遇到殘余拉應(yīng)力，基體發(fā)生穿晶斷裂，后遇到晶須，啟動晶須拔出、僑聯(lián)等晶須增韌機制，如果裂紋沿晶須方向擴展，則遇到殘余壓應(yīng)力，迫使裂紋閉合，增加材料的斷裂韌性。材料表面的殘余應(yīng)力對材料的抗氧化燒蝕性能有不利影響。
　　分析XRD殘余應(yīng)力測試結(jié)果與材料組分中SiC晶須含量及分布特點，并結(jié)合Eshelby等同夾雜