新型B-,4-C基復(fù)合陶瓷噴嘴研究開發(fā)及其沖蝕機(jī)理研究.pdf

1、針對(duì)純B<,4>C陶瓷材料抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性較低、燒結(jié)溫度高和難以致密化等問題，本文利用原位熱壓反應(yīng)燒結(jié)工藝研制成功兩種新型B<,4>C基復(fù)合陶瓷噴嘴材料，并對(duì)其組分設(shè)計(jì)、力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、沖蝕磨損特性和機(jī)理等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。 提出了B<,4>C基復(fù)合陶瓷噴嘴材料的設(shè)計(jì)目標(biāo)和添加相的選擇原則，確定了TiC、Al<,2>O<,3>和Mo作為添加相，得出了添加物TiC在B<,4>C基復(fù)合陶瓷噴嘴材料中極限體積含量。探討了原位

2、熱壓反應(yīng)燒結(jié)降低燒結(jié)溫度、提高力學(xué)性能的機(jī)理。結(jié)果表明，添加的TiC能夠與B<,4>C基體發(fā)生原位反應(yīng)，生成TiB<,2>，x射線衍射分析進(jìn)一步證實(shí)了該反應(yīng)的發(fā)生。 利用原位熱壓反應(yīng)燒結(jié)工藝，研制成功兩種新型B<,4>C基復(fù)合陶瓷噴嘴材料，即：B<,4>C/TiB<,2>/Mo(BMT)和B<,4>C/TiB<,2>/Al<,2>O<,3>(BAT)。在BMT復(fù)合陶瓷噴嘴材料中B<,4>C、Mo和TiB<,2>能夠穩(wěn)定共存，在B

3、AT。復(fù)合陶瓷噴嘴材料中B<,4>C、Al<,2>O<,3>和TiB<,2>能夠穩(wěn)定的共存。BMT復(fù)合陶瓷噴嘴材料的最佳力學(xué)性能參數(shù)為：抗彎強(qiáng)度為525MPa、硬度為24.34 GPa、斷裂韌性為4.27MPa.m<'1/2>；BAT復(fù)合陶瓷噴嘴材料的最佳力學(xué)性能參數(shù)為：抗彎強(qiáng)度為420 MPa、硬度為26.27 GPa、斷裂韌性為3.95MPa.m<'1/2>。 研究了添加相TiC含量對(duì)BMT和BAT復(fù)合陶瓷噴嘴材料力學(xué)性能的

4、影響，得出TiC最佳含量為10wt.﹪。探討了燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)BMT和BAT復(fù)合陶瓷噴嘴材料力學(xué)性能的影響，得到了BMT和BAT復(fù)合陶瓷噴嘴材料的最佳燒結(jié)工藝參數(shù)，即：燒結(jié)溫度為1950℃、保溫時(shí)間為60 min，壓力35 MPa。 研究了BMI和BAT復(fù)合陶瓷噴嘴的沖蝕特性，在BMT復(fù)合陶瓷噴嘴中，BMT21復(fù)合陶瓷噴嘴抗沖蝕性能最佳，體積沖蝕磨損率為0.81×10<'-3>mm<'3>/g：BMT13復(fù)合陶瓷噴嘴抗沖蝕性

5、能最差，體積沖蝕磨損率為2.12×10<'-3>mm<'3>/g。BMT復(fù)合陶瓷噴嘴體積沖蝕磨損率從小到大的順序?yàn)椋築MT21mm<'3>/g；BATl2復(fù)合陶瓷噴嘴抗沖蝕磨損性能最差，體積沖蝕磨損率為1．1×10弓mm<'3>/g。BAT

6、復(fù)合陶瓷噴嘴體積沖蝕磨損率從小到大的順序?yàn)椋築AT21O<,3>磨料造成的沖蝕磨損

7、遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SiC磨料。 利用Fluent軟件，對(duì)磨料在不同入口角度的噴嘴內(nèi)速度分布進(jìn)行了仿真。磨料在噴嘴內(nèi)是一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)，在噴嘴出口處的速度隨噴嘴入口角度變化而變化。當(dāng)噴嘴入口角度為150時(shí)，磨料在出口處的速度達(dá)到最大利用．Abaqus軟件，對(duì)B<,4>C基復(fù)合陶瓷噴嘴的重量損失隨磨料的速度和沖蝕角度的變化進(jìn)行了仿真。噴嘴的重量損失隨磨料的速度和沖蝕角度的增加而增加。在沖蝕角度為900時(shí)，B<,4>C基復(fù)合陶瓷噴嘴的重量損失達(dá)到最

8、大。沖蝕應(yīng)力隨沖蝕速度和沖蝕角度的增加而增加，這導(dǎo)致了重量損失隨沖蝕速度和沖蝕角度的增加而增加。 BMT和BAT復(fù)合陶瓷噴嘴入口、出口、中間處的沖蝕磨損機(jī)制存在差異。BMT復(fù)合陶瓷噴嘴入口處沖蝕磨損機(jī)制主要為脆性斷裂，出口處的磨損機(jī)制為疲勞斷裂，中間處的機(jī)制為微切削。BAT復(fù)合陶瓷噴嘴入口處沖蝕磨損機(jī)制主要為疲勞斷裂，中間處和出口處的磨損機(jī)制為微切削和微拋光。 BAT復(fù)合陶瓷噴嘴比BMT復(fù)合陶瓷噴嘴具備更高的抗沖蝕性能，