Gr-Al-Mg復(fù)合材料抗熱震與抗燒蝕性能研究.pdf

1、本文以復(fù)合材料抗燒蝕、抗熱震為目標(biāo)確定了復(fù)合材料組元，采用高純石墨作為骨架，Al:Mg混合比為10:0、3:1、1:1、1:3和0:10的Al-Mg合金作為冷卻劑，利用壓力浸滲法制備了五種Gr/Al-Mg復(fù)合材料。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、熱膨脹分析儀、熱導(dǎo)率測試儀等多種測試手段對復(fù)合材料的微觀組織、力學(xué)及熱物理性能進(jìn)行了研究，并分析了相關(guān)的影響因素。利用氧乙炔燒蝕試驗考察了復(fù)合材料的抗熱震性及抗燒蝕性，建立了復(fù)合材料熱傳導(dǎo)模

2、型和機(jī)械沖刷模型，理論上推導(dǎo)分析了復(fù)合材料冷卻劑發(fā)汗量和所受沖刷量，進(jìn)而分析了復(fù)合材料質(zhì)量燒蝕率的影響因素。
　　五種石墨滲金屬防熱復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)隨冷卻劑中Mg含量的增多呈近拋物線形式變化；彈性模量隨冷卻劑中鎂含量的增加逐漸下降；Gr/Al的線膨脹系數(shù)最低，Gr/Mg的最高，冷卻劑為合金的不單純依賴于Al/Mg比例的變化。
　　根據(jù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB323A-96進(jìn)行了氧乙炔火焰燒蝕試驗，在加熱和冷卻過程中沒有

3、出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象，復(fù)合材料表面也沒有宏觀裂紋產(chǎn)生，均具有良好的抗熱震性。對熱場和熱應(yīng)力場的數(shù)值模擬結(jié)果表明：加熱過程中，前10s內(nèi)，試樣內(nèi)部溫度變化劇烈，2s時熱應(yīng)力達(dá)峰值。15s后基本轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)溫度場，熱應(yīng)力場逐漸減小。Gr/50Al-50Mg內(nèi)的熱應(yīng)力場最大，且強(qiáng)度低；Gr/Al的熱應(yīng)力場最小，且材料強(qiáng)度最高，因此Gr/Al抗熱震性最優(yōu)。
　　復(fù)合材料的燒蝕產(chǎn)物為Al2O3、MgO或其混合物，燒蝕件剖面冷卻劑的成分呈梯度分布。復(fù)合

4、材料的質(zhì)量燒蝕率在10-4g/s量級。隨燒蝕時間的延長和冷卻劑中鋁鎂含量比例逐步接近1:1，質(zhì)量燒蝕率逐漸降低。本研究中的Gr/50Al-50Mg復(fù)合材料燒蝕30s的抗燒蝕性最強(qiáng)。復(fù)合材料的燒蝕機(jī)制為金屬相的熔化蒸發(fā)相變、熱化學(xué)燒蝕和陶瓷相的機(jī)械沖刷。針對三種燒蝕機(jī)制，對復(fù)合材料質(zhì)量燒蝕率進(jìn)行理論推導(dǎo)，結(jié)果表明：復(fù)合材料發(fā)汗量隨冷卻劑相變點的升高而減小；熱化學(xué)燒蝕量由初始的速率控制逐步轉(zhuǎn)為擴(kuò)散控制；沖刷量隨冷卻劑熔點的升高和熔融液面粘度