ZrC-SiCw超高溫復合陶瓷殘余應力的測試與表征.pdf

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

2、點與難點。
　　本文首先根據ZrC-SiCw超高溫復合陶瓷材料體系特有的組分結構特點，經過多次探索性實驗，對X射線衍射法測量材料的殘余應力進行了參數的優(yōu)化。包括衍射線波長、衍射角、衍射晶面、Ψ角、彈性常數、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。繼而采用參數優(yōu)化的X射線衍射殘余應力測試法測量ZrC-SiCw超高溫陶瓷復合材料的表面殘余應力，并應用Eshe

3、lby等同夾雜物理論公式計算復合材料的殘余應力理論值，對比分析殘余應力結果、試樣各項力學性能及微觀組織，尋找材料增強相含量及分布對材料表面殘余應力的影響規(guī)律，探索材料表面殘余應力與材料抗彎強度、斷裂韌性等力學性能及抗氧化燒蝕性能的關系。
　　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力，經對比分析三種定峰法與真實衍射峰的擬合度及結果誤差，結果表明：對于本實驗測定的ZrC-SiCw超高溫陶

4、瓷復合材料體系來說，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殘余應力測試結果與其力學性能及抗氧化燒蝕性能，并結合Eshelby等同夾雜物理論殘余應力計算結果，發(fā)現：ZrC-SiCw復合材料表面存在補強增韌的殘余壓應力，其增韌機理一方面是殘余壓應力對裂紋擴展的有效阻止，且殘余壓應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小

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