恒温环境中ZrB2氧化行为模拟

二硼化锆(ZrB₂)是一种应用于高超声速飞行器的新型防热材料, 近年来受到广泛关注。本研究根据ZrB₂在不同温度下的氧化产物二氧化锆(ZrO₂)与三氧化二硼(B₂O₃)的微观结构和形貌, 改进了原有的ZrB₂氧化唯象模型, 研究了ZrB₂的氧化行为, 提出了中等温度区间液态B₂O₃的生成、蒸发、填充的动态平衡关系, 并考虑了孔隙出口处的B₂O₃蒸气浓度。研究结果表明: 改进后的模型能够预测低流速准静态条件下ZrB₂的氧化行为, 与加热炉中的样品恒温氧化测试结果吻合良好; 孔隙对氧化过程有较大影响, 在相同的温度、氧分压下, 孔隙率越大, 被氧化程度越高; 在基材表面存在B₂O₃液态膜的情况下, 扩散过程对氧化速率的控制被极大地降低, 材料表现出最强的抗氧化性能。     

涂层孔隙对基体碳/碳材料的氧化损伤模拟

碳/碳（C/C）复合材料广泛应用于高超声速飞行器,其表面有碳化硅（SiC）基的保护涂层,旨在将氧气与底层基体C/C隔离。涂层中存在的孔隙成为氧气直达底层C/C材料的通道。C/C材料被氧化,侵蚀出空穴,严重时造成局部热防护失效。针对原有的气体扩散两步模型进行了改进,去掉了O₂/CO反应界面固定的限制,考虑了空穴中扩散的影响,提出了折合孔隙深度与弯曲因子的处理方法。采用改进模型模拟涂层下面C/C材料氧化空穴半径,计算值与试验测量值吻合良好,验证了模型的有效性。改进模型可用于预测涂层保护的基体C/C材料的氧化空穴尺寸和评估氧化损伤。