Al-Si(Zr)-Gr耗散防熱復(fù)合材料的性能和耐燒蝕機理研究.pdf

1、本文采用耗散防熱思路設(shè)計制備了Al40Si/Gr和Al35Si5Zr/Gr耗散防熱復(fù)合材料，其中基體為高純石墨，耗散劑為Al40Si和Al35Si5Zr。利用現(xiàn)代分析測試技術(shù)對耗散防熱復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)、力學性能和熱物理性能進行了分析測試，討論了其強韌化機制。選用氧-乙炔燒蝕實驗測試了耗散防熱復(fù)合材料的燒蝕性能，分析歸納了石墨基體和耗散防熱復(fù)合材料燒蝕微觀組織的變化行為，結(jié)合熱力學計算，闡釋了耗散防熱復(fù)合材料的燒蝕機理。
　　耗散

2、防熱復(fù)合材料的微觀組織均勻，無明顯缺陷。耗散劑在石墨基體材料中呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀互連結(jié)構(gòu)，起到了增韌作用。Al40Si/Gr和Al35Si5Zr/Gr耗散防熱復(fù)合材料的彎曲強度分別為122MPa和105MPa，較石墨基體材料分別提升了93.7％和66.8%。
　　高溫彎曲實驗表明：石墨基體材料的高溫彎曲強度隨著溫度的提高先上升后下降，Al40Si/Gr耗散防熱復(fù)合材料則隨著溫度的提高持續(xù)下降。Al40Si/Gr耗散防熱復(fù)合材料的臨界熱震

3、溫度差為720℃，抗熱震性能優(yōu)異。耗散防熱復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)比基體石墨略高，并隨著溫度的升高而上升。
　　氧-乙炔燒蝕試驗結(jié)果表明，Al40Si/Gr和Al35Si5Zr/Gr耗散防熱復(fù)合材料的燒蝕率較石墨基體約低一個數(shù)量級；兩種耗散防熱復(fù)合材料的燒蝕表面溫度均較石墨基體有所降低，體現(xiàn)出良好的熱耗散效果。
　　通過觀察石墨基體與耗散防熱復(fù)合材料的燒蝕組織形貌并結(jié)合熱力學計算發(fā)現(xiàn)：一、石墨基體的燒蝕機制主要為點蝕，燒蝕過程可

4、概括為點蝕坑的形成、擴大、聯(lián)結(jié)，最終造成燒蝕表面后退；二、Al40Si/Gr耗散防熱材料通過耗散劑的熔化、氣化吸收外界熱量形成熱耗散；熔化或氣化后的耗散劑優(yōu)先與氧發(fā)生反應(yīng)，消耗邊界層氧原子形成氧耗散；表面形成的液態(tài)氧化膜可阻礙氧和熱向材料內(nèi)部傳遞，形成熱阻隔和氧阻隔效果；此外，表面氧化膜還可緩解外界氣流對材料的沖刷。三、與Al40Si/Gr相比，Al35Si5Zr/Gr耗散防熱材料表面生成的液態(tài)氧化膜含彌散分布的氧化鋯粒子，黏度得到顯著