试样厚度对ZrB2-SiC超高温陶瓷热扩散系数测试精确的影响

采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷,利用激光脉冲法测试了材料的热扩散系数,研究了试样厚度对ZrB2-SiC超高温陶瓷热扩散系数测试精度的影响.结果表明:如果试样太厚,辐射热损失增大,导致测量误差增大;如果试样太薄,则难以满足激光脉冲时间应远远小于试样背面温度达到最大值的时间,也会导致测量误差增大.为了使ZrB2-SiC超高温陶瓷热扩散系数的测试结果更为精确,试样的厚度应在3mm左右.     

ZrB2-SiC和Csf／ZrB2-SiC超高温陶瓷基复合材料烧蚀机理的研究

通过真空热压工艺制备了ZrB2-SiC材料和Csf(碳短纤维)/ZrB2-SiC超高温陶瓷基复合材料.采用氧乙炔火焰在4186.8kW/m2的热流下分别喷吹烧蚀两种材料180s.ZrB2-SiC材料表而最高温度达到2406°C,烧蚀后质量烧蚀率为-0.14%,线烧蚀率为1×10-3mm/s,Csf/ZrB2-SiC材料表面最高温度达到1883°C,烧蚀后质量烧蚀率为-0.19%,线烧蚀率为-4×10-4mm/s.对两种材料烧蚀表面和剖面的分析发现,ZrB2-SiC材料烧蚀后由表及里依次形成了疏松ZrO2氧化层、SiC富集层和未反应层的三层结构,其中SiC富集层能够起到抗氧化的作用. Csf/ZrB2-SiC材料烧蚀后由外到内分别形成了ZrO2-SiO2氧化层、SiC耗尽层和末反应层的三层结构,其中最外层以ZrO2为骨架,SiO2弥合其中的结构有效地阻挡了烧蚀中氧的侵入.     

超高温复相陶瓷基复合材料烧蚀行为研究

采用前驱体浸渍热解(PIP)工艺制备了ZrC-SiC、ZrB2-ZrC-SiC和HfB2-HfC-SiC复相陶瓷基复合材料,复合材料中的超高温陶瓷相均呈现出亚微米/纳米均匀弥散分布的特征,对比研究了上述材料在大气等离子和高温电弧风洞考核环境中的超高温烧蚀行为.研究结果表明,超高温复相陶瓷基复合材料相比传统的未改性SiC...     

ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层的抗烧蚀性能研究

为了提高C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能,采用浆料浸涂与原位反应复合工艺在材料表面制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层,利用氧-丙烷火焰测试了涂层的抗烧蚀性能。结果表明:采用复合工艺所制备的ZrB2-SiC超高温陶瓷涂层与基材具有较高的结合强度;在氧-丙烷火焰冲刷条件下,涂层具有良好的抗烧蚀性能,涂层经1500℃下烧蚀600 s,ZrB2-SiC涂层无明显烧蚀,C/C复合材料保持完好。微观结构观察表明:烧蚀测试后,涂层中存在ZrO2和大量超高温陶瓷相,涂层抗烧蚀形式主要表现为热化学烧蚀和机械剥蚀。     

ZrB2-SiC超高温陶瓷氧化过程中ZrSiO4相形成机制研究

研究了ZrB2-20vol%SiC超高温陶瓷在空气气氛中的氧化行为,分析了氧化温度、氧分压和氧化时间等对硅酸锆形成和晶体生长过程的影响,提出了ZrB2-SiC超高温陶瓷氧化过程中硅酸锆相的形成机制.热力学计算结果表明,硅酸锆相的形成与高温下SiC的活性氧化有关.实验结果表明,常压氧化过程中,硅酸锆的形成可分为两个阶段,(I)形核,这一过程与SiC的活性氧化有关;(II)晶体生长,随着氧化时间的延长,氧化后形成的富硅玻璃相与氧化锆在硅酸锆晶核处反应,晶粒进一步长大.研究表明,在1500℃氧化90min后,硅酸锆的晶粒尺寸达到100μm左右.     

Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维/热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30 nm的ZrC纳米颗粒。Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相(Cg)组成。基体中石墨的(002)面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC(111)∥Cg(002),ZrC[110]∥Cg[010]的取向关系。ZrB2和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

爆炸压实工艺参数对钢管能量与变形的影响

为了指导研究爆炸压实工艺参数的选择,通过改变爆轰速度与装药厚度来改变爆炸冲击能,重点研究爆炸压实工艺参数对钢管能量与变形的影响.研究表明:当其他工艺因素相同、仅爆轰速度不同时,将导致爆轰压力、钢管壁速度、爆炸冲击能、粉末压实能等显著不同,但钢管的变形与能量却几乎不变;当采用爆轰速度极高的黑索今炸药时,由于爆轰压力与爆炸冲击能过高,导致钢管头部被切掉;对硝酸脲炸药而言,随着装药厚度与炸药/钢管质量比增加,钢管的能量与变形、爆炸冲击能与粉末压实能单调增加.     

过氯酸铵和硝酸铵及其与铝粉混合物的爆炸性能

在混合炸药中,一般以梯恩梯、黑索今、硝酸酯等单体炸药起敏化作用,但也有一些混合炸药是以成分中的无机或有机氧化剂起敏化剂作用的。实际上一般采用能产生爆炸分解现象的无机氧化剂(如过氯酸铵和硝酸铵),由于它们在分解时很易失去自己的氧,     

原位反应烧结Zr2Al4C5化合物增韧ZrB2-SiC复相陶瓷的制备工艺及力学性能

ZrB2-SiC复相陶瓷在超高温领域具有重要的应用前景,但韧性低限制了其应用.本工作通过原位反应烧结制备出Zr2 Al4 C5化合物增韧ZrB2-SiC复相陶瓷,研究了Zr/Al物质的量比和烧结工艺对复相陶瓷的烧结性能、显微结构和力学性能的影响.结果表明:随着Zr/Al物质的量比的减小,原位反应合成的Zr2 Al4 C5化合物逐渐增多;随着烧结温度的升高,Zr2 Al4 C5化合物逐渐反应合成;随着烧结压力的增加和保温时间的延长,复相陶瓷主要相成分为ZrB2、SiC和Zr2 Al4 C5,开气孔率呈现下降的趋势,断裂韧性呈现先增加后降低的趋势.采用Zr/Al物质的量比2:6、烧结温度1800℃、烧结压力20 MPa、保温时间3 min,通过SPS原位反应烧结制备的Zr2 Al4 C5化合物增韧ZrB2-SiC复相陶瓷,其断裂韧性可达(5.26±0.37)MPa·m1/2;韧化机理主要包括裂纹偏折、裂纹桥接、裂纹分叉以及层状Zr2Al4C5晶粒拔出等能量耗散机制.     

反应法制备硼化锆耐超高温涂层

为了提高C/SiC复合材料的超高温抗烧蚀性能,以锆粉、硼粉和酚醛树脂为原料,通过泥浆涂刷后高温烧结的方法在C/SiC表面制备了ZrB2涂层,研究了涂层的烧结反应过程,并对其组成、结构和抗烧蚀性能进行了表征.结果表明:1200℃前Zr先与碳反应生成ZrC,然后在1400～1600℃时ZrC与B反应生成ZrB2.浆料配比为n(Zr):n(B):n(C)=1.0:1.5:1.0时,1600℃制备的涂层由ZrB2、少量的ZrC及ZrO2组成.氧乙炔焰烧蚀60s后,由于ZrB2氧化形成了ZrO2熔融层,涂层后的C/SiC复合材料的线烧蚀率几乎为零,而未涂层的C/SiC复合材料的线烧蚀率为0.064mm/s.     

掺杂改性C/C复合材料研究进展

陶瓷掺杂改性碳/碳(C/C)复合材料在保持C/C复合材料原有优异高温力学性能及尺寸稳定性等特性的前提下,显著提高了C/C复合材料的高温抗氧化、抗烧蚀性能,且其具有可设计性和良好的抗热震性能等优势,是新型高超声速飞行器和新一代高性能发动机热防护部件的理想候选材料。综述了国内外在SiC陶瓷掺杂改性C/C复合材料,ZrC,ZrB2超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料以及TaC,HfC超高温陶瓷掺杂改性C/C复合材料等方面的最新研究进展和应用情况,并分析了陶瓷掺杂改性C/C复合材料目前研究及应用中存在的主要问题和今后潜在的研究发展方向。     

氧化物陶瓷基复合材料中晶须／基体界面的特性及作用

本文研究了ＳｉＣ晶须增韧氧化物陶瓷基复合材料中的晶须／基体界面结构性质及其在补强增韧作用中的作用机制。ＴＥＭ观察结果表明：复合材料中的ＳｉＣｗ／Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ２／ＺｒＯ２（２Ｙ）和ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２（６Ｙ）界面结合致密，在分析电镜下未发现明显的界面过滤层或界面相，由于膨胀失配而受拉应力作用的界面基体一侧往往成为微裂纹形核的有利部位，ＺｒＯ２中ｔ－ｍ相变的体积膨胀效应可以抵消这种热应力，调整基体     

纳米SiC晶须和SiC颗粒混合增韧ZrB2陶瓷性能

分别采用纳米SiC晶须(SiC_W)、SiC颗粒(SiC_P)及SiC_W与SiC_P共同增韧ZrB₂陶瓷,在1950℃、20 MPa压力、氩气气氛下热压烧结制备了致密的SiC/ZrB₂陶瓷材料。研究了SiC_W和SiC_P的添加量对于SiC/ZrB₂陶瓷材料的显微结构、力学性能的影响,并分析了SiC_W和SiC_P对ZrB₂陶瓷力学性能影响的协同作用和增韧机制。结果表明：含15 vol% SiC_W 的复合材料的韧性达到8.08 MPa·m1/2,含15 vol% SiC_P的复合材料的韧性达到8.515MPa·m1/2,共同添加15 vol% SiC_W和15 vol%SiC_P的复合材料的韧性最高达到9.03 MPa·m1/2。SiC/ZrB₂复合材料强度和韧性提高的原因在于SiC_W和SiC_P抑制ZrB₂晶粒长大,促进ZrB₂的致密化,此外,SiC_W和SiC_P的协同作用也有助于材料韧性的提高。     

固相烧结SiC陶瓷

实验采用α-SiC,β-SiC和（1％αSiC＋99％β-SiC作为起始粉末,以B,C为添加剂,热压烧结SiC陶瓷,其烧结过程中尽管发生多型体之转的转变,但其现现形式为α-SiC的6H→4H,和β-SiC的3C→6H两种形式,尽管有大量的长柱颗粒生成,但是由于没有弱的界面结合,不能原位增强。     

Microstructure of SiC Whiskers with Different Cross-sections Perpendicular to the Whiskers Axis

Microstructure of β-SiC whiskers with differ-ent cross-sections perpendicular to their growingdirection was studied in detail by transmission elec-tron microscopy (TEM).It was indicated that therewere three types of cross-sections:round,hexagonal and trigonal.The whiskers with roundand hexagonal cross-sections had a high density ofplanar faults lying on the (111) close packed planesperpendicular to the whisker axis.There existed afew stacking faults on the other {111} planes insome hexagonal whiskers.The whiskers withbicrystals were also found in hexagonal whiskers.The microstructure of trigonal SiC whiskers wasbasically perfect but there were a few intrinsic stack-ing faults on the (11) planes (mostly) and (111)planes.The characters of electron diffraction pat-terns of β-SiC whiskers with different cross-sec-tions were reasonably analyzed using a reciprocalspace model with continuous diffraction streaksalong the [111] reciprocal direction.     

含氢硅油制备SiC晶须的研究

以高含氢硅油为原料,在石墨基体上生长出SiC晶须。主要研究石墨基体的表面状态和加热温度对SiC晶须生长的影响,探究SiC晶须形成过程。影响SiC晶须形核和生长的主要因素为热处理温度,随着热处理温度的升高,SiC晶须的结晶产量也相应增高。石墨基体的表面状态对SiC晶须的形成也有一定的影响,随着石墨基体缺陷提供形核点的增多,SiC晶须的结晶产量提高,并且出现相互搭接的现象。SiC晶须的形成过程分为形核和生长两个部分,低温形核,高温生长,遵循VLS(气-液-固)生长机理。     

碳化硅晶须和颗粒增强铝基复合材料的时效行为EI

综述了近年来碳化硅晶须（ＳｉＣｗ）和碳化硅颗粒（ＳｉＣｐ）增强铝基复合材料（ＳｉＣｗ（ｐ）／Ａｌ）时效行为的研究发展状况。主要包括碳化硅晶须与颗粒对基体时效硬化动力学、基体沉淀脱溶过程的影响规律和作用机制，以及影响ＳｉＣｗ（ｐ）／Ａｌ复合材料时效特性的因素。     

高温氧化对超高温陶瓷材料耦合传热的影响

超高温陶瓷材料暴露于极端高温飞行环境中会导致其发生氧化,表面生成的氧化物具有不同的热物性从而对传热过程造成影响。针对预氧化的ZrB₂和ZrB₂-SiC,基于氧化模型预测氧化层(ZrO₂、B₂O₃、SiO₂和SiC耗尽层)厚度,利用有限元建立圆柱形代表性体积单元,并与外部高超声速流场的CFD (Computational Fluid Dynamics)求解器相耦合,研究了高温氧化对超高温陶瓷材料的耦合传热的影响。计算中采用分区求解方法,通过耦合界面处非匹配网格间的插值完成实时数据交换,实现了基于Navier-Stokes方程的流动求解器与有限元求解器的多场耦合计算。ZrB₂、ZrB₂-SiC以及氧化生成物的热物性均为温度相关,通过理论计算给出了B₂O₃挥发及SiC耗尽导致的多孔结构的有效热导率和有效比热容。瞬态耦合传热分析的结果表明:ZrB₂在预氧化后其热阻能力略有提高, ZrB₂-SiC氧化前后的热阻变化很小,并且在相同流动环境条件下,氧化后ZrB₂的热阻能力高于氧化后ZrB₂-SiC的热阻能力。