Gr-Al-Si耗散防熱材料的設(shè)計(jì)制備及性能研究.pdf

1、本文通過壓力浸滲采用不同工藝制備了Gr/Al25Si及Gr/Al40Si耗散防熱材料。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、金相顯微鏡（OM）、透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)材料的微觀形貌及界面狀態(tài)進(jìn)行觀察分析；觀察基體形貌并對(duì)其進(jìn)行定性及定量的表征；對(duì)基體石墨及兩種耗散防熱材料常溫及高溫的熱物理性能以及力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析；通過熱震試驗(yàn)，研究了不同耗散劑成分對(duì)耗散防熱材料的抗熱震性能的影響；選用氧乙炔焰燒蝕試驗(yàn)對(duì)耗散防熱材料的燒蝕性能進(jìn)行了測(cè)試

2、并結(jié)合微觀組織分析其表面燒蝕行為與體積燒蝕行為。
　　相比于普通電極石墨，高純石墨呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，石墨化程度較高約為92.15％，石墨由纖維組織和玫瑰花組織構(gòu)成其片層結(jié)構(gòu)完整；所制備的兩種耗散防熱材料組織均勻，致密度較高，耗散劑與基體界面清晰，無界面產(chǎn)物生成，且石墨基體中的C元素會(huì)往Al及Si中擴(kuò)散但不發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)。
　　常溫下Gr/Al25Si與Gr/Al40Si材料的彎曲強(qiáng)度分別為122.32MPa和119.46MPa

3、，相比于基體石墨分別提高了98.56%和93.68%；兩種耗散防熱材料的彎曲強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低，彎曲斷裂機(jī)制為混合型斷裂；Gr/Al25Si及Gr/Al40Si耗散防熱材料常溫下的壓縮強(qiáng)度分別為240.89MPa及201MPa；在1000℃以內(nèi)，兩種耗散防熱材料的彎曲強(qiáng)度以及壓縮強(qiáng)度均高于基體石墨。
　　基體石墨的熱膨脹系數(shù)隨著溫度的升高而增加且變化幅度較小在4.8-6×10-6K-1之間；復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)高于基體，30

4、0℃之下，Gr/Al40Si材料的熱膨脹系數(shù)要稍小于Gr/Al25Si材料且兩者均維持7.5-8×10-6K-1之間，300℃以上，Gr/Al25Si材料熱膨脹系數(shù)呈下降趨勢(shì)但變化不大，而Gr/Al40Si材料的熱膨脹系數(shù)波動(dòng)較明顯在400℃達(dá)到最大為10.8×10-6K-1。隨著溫度升高，三種材料的熱導(dǎo)率呈線性降低，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率高于基體石墨，且Gr/Al25Si的熱導(dǎo)率最大，常溫下為121.66W/mK。
　　材料的熱震試驗(yàn)

5、表明：Gr/Al25Si材料臨界溫度差為820℃左右，而Gr/Al40Si材料的臨界溫度差為980℃左右，Gr/Al40Si材料的抗熱震性能要優(yōu)于Gr/Al25Si材料。
　　通過氧乙炔焰燒蝕試驗(yàn)得出：基體石墨的質(zhì)量燒蝕率高于兩種復(fù)合材料，不同燒蝕時(shí)間下Gr/Al25Si材料的質(zhì)量燒蝕率維持在10-3g/s數(shù)量級(jí)，燒蝕時(shí)間為30s時(shí)，Gr/Al40Si材料的質(zhì)量燒蝕率高于Gr/Al25Si材料，而30s以后，Gr/Al25Si材料

6、的質(zhì)量燒蝕率高于Gr/Al40Si材料；兩種耗散防熱材料的線燒蝕率比基體石墨少一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且不同燒蝕時(shí)間下Gr/Al25Si的線燒蝕率稍高于Gr/Al40Si材料Gr/Al-Si復(fù)合材料燒蝕時(shí)表面燒蝕機(jī)理為：Al優(yōu)先發(fā)生氧化生成球狀氧化物，其次Si發(fā)生氧化生成與基體潤(rùn)濕性較好的SiO2覆蓋在材料的表面，致密的氧化膜不僅能阻止氧氣進(jìn)入材料內(nèi)部發(fā)生進(jìn)一步氧化，同時(shí)能抵擋氣流對(duì)材料表面劇烈的沖刷作用。Gr/Al-Si復(fù)合材料燒蝕時(shí)體積燒蝕