本文關(guān)鍵詞：Zr、Hf系超高溫陶瓷抗氧化燒蝕性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高超聲速飛行器因其具有的巨大軍事和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,近年來得到了廣泛的關(guān)注和發(fā)展,由于其熱端部件對材料提出了更高的要求,為了適應(yīng)這種服役環(huán)境,超高溫材料成為了發(fā)展研究的重點(diǎn)。Zr、Hf的碳化物及硼化物由于具有優(yōu)異的高溫性能,是超高溫條件下服役的備選材料,而其抗氧化燒蝕性能又是衡量在超高溫有氧氣流沖刷條件下能否使用的關(guān)鍵指標(biāo)。本文利用超音速火焰對ZrC-SiC、Zr B_2-SiC、HfC-SiC、HfB_2-SiC超高溫陶瓷材料進(jìn)行燒蝕試驗(yàn),研究了組分含量、燒蝕溫度對超高溫陶瓷抗氧化燒蝕性能和燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,ZrC-SiC、ZrB_2-SiC、HfC-SiC、HfB_2-SiC超高溫陶瓷材料的抗氧化燒蝕性能均較好,燒蝕率較低。硼化物陶瓷ZrB_2-SiC、HfB_2-SiC的燒蝕率較低,線燒蝕率和質(zhì)量燒蝕率都在10-5 mm·s-1數(shù)量級,燒蝕層厚度較薄150μm;碳化物陶瓷ZrC-SiC、HfC-SiC的燒蝕率較硼化物高,質(zhì)量燒蝕率在10-4 mm·s-1數(shù)量級,燒蝕層厚度也較硼化物陶瓷厚一些;燒蝕過程中硼化物陶瓷氧化生成的B_2O3揮發(fā)會吸收熱量以及硼化物在氧化反應(yīng)過程中本身吸熱較多,使得燒蝕過程中硼化物的表面溫度較低,所以硼化物陶瓷的抗氧化燒蝕性能優(yōu)于碳化物陶瓷。碳化物陶瓷的燒蝕層結(jié)構(gòu)可分為三層,表層為熔融態(tài)的致密氧化物層,第二層為SiO_2填充ZrO_2/HfO_2層,第三層為未完全氧化層;SiC含量較低(≤30%vol)時(shí),由于生成SiO_2較少,在表層之下還有一層顆粒較大的重結(jié)晶ZrO_2/HfO_2層。硼化物陶瓷的燒蝕層結(jié)構(gòu)主要也可以分為三層,表層為熔融態(tài)氧化物層,第二層為SiO_2填充ZrO_2/HfO_2層,第三層為SiC耗竭層;由于SiC的氧化活性較Zr B_2的大,在底層產(chǎn)生了SiC耗竭,同時(shí)當(dāng)所含SiC≤50%vol時(shí),也出現(xiàn)了重結(jié)晶ZrO_2/HfO_2層。隨著燒蝕溫度的升高,ZrC-SiC、Zr B_2-SiC的燒蝕層厚度增厚較大,增長一倍左右,而HfC-SiC、HfB_2-SiC的燒蝕層厚度基本無變化,但總體上來看,溫度升高試樣燒蝕層的結(jié)構(gòu)會變得松散,與基體的結(jié)合性變差。SiC含量對燒蝕性能有一定的影響,其中70%vol SiC的試樣由于表層的阻氧層為玻璃SiO_2,燒蝕層普遍較薄,在本文的試驗(yàn)條件中抗氧化燒蝕性較好,而50%vol SiC、30%vol SiC的試樣表層為熔融態(tài)層,阻氧能力較SiO_2低,燒蝕層大多比70%vol SiC的厚。
【關(guān)鍵詞】：ZrC-SiC ZrB_2-SiC HfC-SiC HfB_2-SiC 抗氧化燒蝕 超音速火焰
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 課題的研究背景及意義11-12
• 1.2 超高溫材料12-15
• 1.2.1 難熔金屬及其合金12-13
• 1.2.2 C/C復(fù)合材料13-14
• 1.2.3 C/SiC復(fù)合材料14
• 1.2.4 超高溫陶瓷材料14-15
• 1.3 超高溫陶瓷材料的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 碳化物陶瓷15-17
• 1.3.2 硼化物陶瓷17-19
• 1.4 燒蝕方法的評定19-20
• 1.5 選題依據(jù)及研究內(nèi)容20-22
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法22-28
• 2.1 試樣的制備22-23
• 2.1.1 粉體制備22
• 2.1.2 塊體制備22-23
• 2.2 燒蝕試驗(yàn)23-26
• 2.2.1 試驗(yàn)平臺23-24
• 2.2.2 燒蝕溫度的測定24-26
• 2.3 測試方法26-28
• 2.3.1 相對密度的測定26
• 2.3.2 線燒蝕率、質(zhì)量燒蝕率的測定26-27
• 2.3.3 顯微形貌的觀測27
• 2.3.4 化學(xué)成分的測定27-28
• 第3章 Zr系超高溫陶瓷抗氧化燒蝕性能研究28-79
• 3.1 引言28
• 3.2 Zr系超高溫陶瓷的制備結(jié)果28-30
• 3.3 ZrC-SiC超高溫陶瓷抗氧化燒蝕行為分析30-51
• 3.3.1 燒蝕溫度對ZrC-SiC抗氧化燒蝕性能的影響30-33
• 3.3.2 燒蝕溫度對ZrC-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響33-45
• 3.3.3 SiC含量對ZrC-SiC抗氧化燒蝕性能的影響45-46
• 3.3.4 SiC含量對ZrC-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響46-50
• 3.3.5 抗燒蝕機(jī)理研究50-51
• 3.4 Zr B_2-SiC超高溫陶瓷抗氧化燒蝕行為分析51-79
• 3.4.1 燒蝕溫度對Zr B_2-SiC抗氧化燒蝕性能的影響51-55
• 3.4.2 燒蝕溫度對Zr B_2-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響55-67
• 3.4.3 SiC含量對Zr B_2-SiC抗氧化燒蝕性能的影響67-70
• 3.4.4 SiC含量對Zr B_2-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響70-77
• 3.4.5 抗燒蝕機(jī)理研究77-79
• 第4章 Hf系超高溫陶瓷抗氧化燒蝕性能研究79-111
• 4.1 引言79
• 4.2 Hf系超高溫陶瓷的制備結(jié)果79-82
• 4.3 HfC-SiC超高溫陶瓷抗氧化燒蝕行為分析82-94
• 4.3.1 燒蝕溫度對HfC-SiC抗氧化燒蝕性能的影響82-83
• 4.3.2 燒蝕溫度對HfC-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響83-87
• 4.3.3 SiC含量對HfC-SiC抗氧化燒蝕性能的影響87-88
• 4.3.4 SiC含量對HfC-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響88-92
• 4.3.5 抗燒蝕機(jī)理研究92-94
• 4.4 HfB_2-SiC超高溫陶瓷抗氧化燒蝕行為分析94-111
• 4.4.1 燒蝕溫度對HfB_2-SiC抗氧化燒蝕性能的影響94-97
• 4.4.2 燒蝕溫度對HfB_2-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響97-103
• 4.4.3 SiC含量對HfB_2-SiC抗氧化燒蝕性能的影響103-105
• 4.4.4 SiC含量對HfB_2-SiC燒蝕層結(jié)構(gòu)的影響105-109
• 4.4.5 抗燒蝕機(jī)理研究109-111
• 結(jié)論111-113
• 參考文獻(xiàn)113-116
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單116-117
• 致謝117

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