【摘 要】
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高温工程领域工作环境复杂,超高温陶瓷复合材料由于良好的高温综合性能被运用于航空航天、军事、民用与建筑等领域。大温度落差的服役环境,使得均质陶瓷和层状陶瓷已无法满足工作需求,梯度陶瓷材料可设计性和其功能、成分梯度变化的特点能很好地解决该问题。本文引入功能梯度材料的思想,设计梯度陶瓷复合材料的结构形式,研究梯度陶瓷材料抗热冲击性能。首先,综述梯度陶瓷材料的发展概况和研究进展,总结梯度陶瓷材料的制备工艺
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高温工程领域工作环境复杂,超高温陶瓷复合材料由于良好的高温综合性能被运用于航空航天、军事、民用与建筑等领域。大温度落差的服役环境,使得均质陶瓷和层状陶瓷已无法满足工作需求,梯度陶瓷材料可设计性和其功能、成分梯度变化的特点能很好地解决该问题。本文引入功能梯度材料的思想,设计梯度陶瓷复合材料的结构形式,研究梯度陶瓷材料抗热冲击性能。首先,综述梯度陶瓷材料的发展概况和研究进展,总结梯度陶瓷材料的制备工艺、工程应用领域。归纳梯度陶瓷材料现有的有关梯度陶瓷材料力学性能、结构设计以及热冲击性能的研究成果,在此基础上引出本文的研究内容和意义。其次,根据梯度陶瓷材料的设计理论选取材料成分分布函数和热物理性能参数模型,设计ZrB2/SiC梯度陶瓷材料和ZrB2-10SiC/ZrB2-30SiC梯度陶瓷材料,分析SiC含量对梯度陶瓷材料的热物理性能的影响,结果表明SiC含量越高梯度陶瓷材料的导热性能越好。然后,采用有限元软件模拟不同成分分布指数、不同梯度层数的梯度陶瓷材料在热冲击过程中温度场和应力场的大小和分布,分析不同设计参数对梯度材料的影响,进而指导梯度陶瓷材料结构形式的设计和选择。结果表明,SiC含量对梯度陶瓷材料温度场、应力场影响较大,成分分布指数、梯度层数对梯度陶瓷材料温度场、应力场影响较小;连续梯度陶瓷材料能消除层状梯度陶瓷材料分层界面处的应力集中现象。最后,选用ZrB2/SiC连续梯度陶瓷材料和ZrB2-10SiC/ZrB2-30SiC连续梯度陶瓷材料研究不同初始温度、换热系数对梯度陶瓷热冲击性能的影响。结果表明,初始温度越高,换热系数越大,梯度陶瓷材料受到的热冲击越剧烈。
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