預(yù)氧化對(duì)ZrB2-SiC-G超高溫陶瓷材料力學(xué)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(diǎn),從而影響材料的強(qiáng)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(jìn)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(huì)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(diǎn)彎曲法及掃描電鏡等分析測(cè)試方法,采用水淬-殘余強(qiáng)度法,研究預(yù)氧化處理對(duì)材料的力學(xué)性能及抗熱震性的影響,探索材料的預(yù)氧化處理工藝條件。
　　本文首先研究了預(yù)氧化溫度對(duì)材料強(qiáng)度的影響,在中低溫(800～1100℃)和高溫(1200～1500℃)兩個(gè)預(yù)氧化溫度區(qū)域間,對(duì)裂紋起主要彌合作用的氧化產(chǎn)物分別為B2O3和SiO2,其中預(yù)氧化處理最佳溫度分別為900℃和1400℃,強(qiáng)度相應(yīng)提高了56MPa

3、和24MPa。其次,研究了預(yù)氧化時(shí)間(15min～2h)對(duì)材料強(qiáng)度的影響,其中預(yù)氧化處理時(shí)間為1h時(shí),效果最好。在研究了預(yù)氧化處理對(duì)材料力學(xué)性能影響的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步探討了預(yù)氧化處理對(duì)材料抗熱震性的影響,其中首先研究了預(yù)氧化溫度(1200～1500℃)對(duì)材料抗熱震性的影響,隨著預(yù)氧化溫度提高,材料抗熱震性提高。未預(yù)氧化試樣臨界熱震溫差為374.9℃,而預(yù)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(yù)氧化時(shí)間(30min～2h)對(duì)材料抗熱震性的影響,隨著預(yù)氧化時(shí)間增加,材料抗熱震性提高。同時(shí),材料表面氧化層厚度增加與材料抗熱震性提高的趨勢(shì)保持一致,抗熱震性的提高是表面氧化層對(duì)材料的強(qiáng)度提高和熱障作用的共同結(jié)果。結(jié)合預(yù)氧化對(duì)材料強(qiáng)度影響的研究得出結(jié)論,隨著預(yù)氧化條件的調(diào)整,材料的抗熱震性與強(qiáng)度變化趨勢(shì)不一致,抗熱震性是由材料的力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)共同作用影響的。最后,綜合考慮預(yù)氧化處理對(duì)材料強(qiáng)度和抗熱震性的影