預氧化對ZrB2-SiC-G超高溫陶瓷材料力學性能及抗熱震性的影響.pdf

1、作為非燒蝕型超高溫材料中的一種,ZrB2基超高溫陶瓷材料由于其良好的抗氧化性、低密度等優(yōu)異性能被廣泛的應(yīng)用于高超音速飛行器的鼻錐、翼前緣等關(guān)鍵部位,但作為陶瓷材料,它仍然具有陶瓷脆性大、韌性低的共有缺點,從而影響材料的強度和抗熱震性。結(jié)合高超聲速飛行器的使用環(huán)境來考慮,亟需將材料的這些性能進行提高。
　　本文采用的材料體系為ZrB2-SiC-G超高溫陶瓷材料,以ZrB2基超高溫陶瓷材料在不同溫度下氧化反應(yīng)會得到不同產(chǎn)物及表面結(jié)構(gòu)這

2、一現(xiàn)象為研究背景,結(jié)合抗熱震理論,利用三點彎曲法及掃描電鏡等分析測試方法,采用水淬-殘余強度法,研究預氧化處理對材料的力學性能及抗熱震性的影響,探索材料的預氧化處理工藝條件。
　　本文首先研究了預氧化溫度對材料強度的影響,在中低溫(800～1100℃)和高溫(1200～1500℃)兩個預氧化溫度區(qū)域間,對裂紋起主要彌合作用的氧化產(chǎn)物分別為B2O3和SiO2,其中預氧化處理最佳溫度分別為900℃和1400℃,強度相應(yīng)提高了56MPa

3、和24MPa。其次,研究了預氧化時間(15min～2h)對材料強度的影響,其中預氧化處理時間為1h時,效果最好。在研究了預氧化處理對材料力學性能影響的基礎(chǔ)上,本文進一步探討了預氧化處理對材料抗熱震性的影響,其中首先研究了預氧化溫度(1200～1500℃)對材料抗熱震性的影響,隨著預氧化溫度提高,材料抗熱震性提高。未預氧化試樣臨界熱震溫差為374.9℃,而預氧化處理后材料的臨界熱震溫差分別提高為538.16℃,538.09℃,575.11

4、℃,659.31℃。其次研究了預氧化時間(30min～2h)對材料抗熱震性的影響,隨著預氧化時間增加,材料抗熱震性提高。同時,材料表面氧化層厚度增加與材料抗熱震性提高的趨勢保持一致,抗熱震性的提高是表面氧化層對材料的強度提高和熱障作用的共同結(jié)果。結(jié)合預氧化對材料強度影響的研究得出結(jié)論,隨著預氧化條件的調(diào)整,材料的抗熱震性與強度變化趨勢不一致,抗熱震性是由材料的力學和熱學性質(zhì)共同作用影響的。最后,綜合考慮預氧化處理對材料強度和抗熱震性的影