(Cf-ZrB2)/Si-B-C-N陶瓷复合材料制备与高温损伤机理

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:softzheng1
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
Si-B-C-N陶瓷凭借优异的组织结构稳定性和出色的高温性能,成为下一代高温结构和多功能防热陶瓷的重要候选。无机法(机械合金化-压力烧结法)已经成为制备Si-B-C-N耐高温材料和结构件最为有效的方法。目前运用无机法制备第二相增韧Si-B-C-N陶瓷高温性能和高温损伤机理的相关研究还不够系统和全面,对于Si-B-C-N高温力学性能研究很少、抗热震性能研究不系统,抗热震和耐烧蚀机理总结不全面,高温性能需要进一步提高。针对以上问题,本研究将耐烧蚀超高温陶瓷相和碳纤维增韧相同时引入Si-B-C-N陶瓷基体中,旨在提高Si-B-C-N陶瓷的高温力学性能和抗热震、耐烧蚀性能,借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、万能材料实验机、纳米压痕仪以及材料热物理性能测试设备、氧-乙炔烧蚀台架等设备对材料的组织结构、力学、热物理以及烧蚀、热震性能进行分析表征和评价并阐明相关机理。采用不同高能球磨工艺制备的Si-B-C-N-Zr陶瓷粉体的价键结构有差异,两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷粉体中不含有Zr单质,与一步法Si-B-C-N-Zr陶瓷粉体相比Zr-B键含量更高,Zr-O键含量更低;两步法Si-B-C-Nr陶瓷粉体的团聚体尺寸更小。一步法Si-B-C-N-Zr陶瓷和两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷物相组成不同,两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷不含Zr N相,Zr B2相含量更高,Zr O2相含量更低;两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷的具有更低的显气孔率(3.6%),更高的抗弯强度和断裂韧性。两步法Si-B-C-N-Zr陶瓷的综合力学性能更优。通过提高烧结温度和Zr含量可以改善Si-B-C-N-Zr陶瓷的致密度和力学性能,SZ2C1900陶瓷的致密度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别达到95.3%、386.1±8.3 MPa、4.84±0.2 MPa·m1/2和232.8±15.3 GPa;纳米Zr B2相均匀弥散分布在Si-B-C-N基体中,起到弥散强化效果。两次涂覆的BN涂层的效果最佳;热压烧结后(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N陶瓷复合材料中纤维表面BN界面层保存完整;随纤维含量增加(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料显气孔率增加,复合材料的抗弯强度和断裂韧性呈现先增后降的趋势,弹性模量和维氏硬度则呈现单调下降的趋势,纤维含量10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料同时具备高强度和高韧性,体现出纤维优异的强韧化效果;Cf引入后复合材料断裂方式表现为延滞断裂,纤维含量10 vol.%时复合材料的断裂功达到115.8 J·m-2,优化的BN层保证纤维和基体间合适的界面结合强度,复合材料承载时Cf拔出增加复合材料承载可靠性。Si-B-C-N-Zr陶瓷和(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料的高温力学性能优异,Si-B-C-N-Zr陶瓷基体在1000 oC高温下强度提高10%;纤维引入导致(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料高温强度降低,纤维含量5 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N在1000oC高温下强度下降8%,1200 oC高温下强度下降13%,优于Cf/Si-B-C-N陶瓷复合材料的高温抗弯强度;裂纹扩展路径增加和纤维拔出是主要的增韧机制。Si-B-C-N-Zr陶瓷及其复合材料的热导率随温度升高降低,平均热膨胀系数随纤维含量增加降低;复合材料热震后残余强度随热震温差增大降低,纤维含量10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料在1200 oC热震后残余强度的保持率达到74.3%,表现出优异的抗热震性能;复合材料兼具高强度、高韧性和高断裂功,低弹性模量降低和热膨胀系数,纤维增韧以及热震后表面氧化层的保护和修复作用使复合材料抗热震性能提高;Si-B-C-N-Zr陶瓷具有优异的耐氧-乙炔焰烧蚀性能,SZ2C1900的线烧蚀率最低可达0.021 mm/s;纤维含量高于10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料耐氧-乙炔焰热冲击性能提高,氧-乙炔焰烧蚀后不炸裂;线烧蚀率和质量烧蚀率随着纤维含量增加而提高,纤维含量10 vol.%的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为:0.037 mm/s和0.0053 mg/s;Zr B2优异的耐烧性能和和涂覆BN涂层碳纤维的增韧作用保证了(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N优异的耐氧-乙炔焰烧蚀、热冲击性能;(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料的主要烧蚀机理包括:碳纤维、基体的氧化和熔融烧蚀。本研究采用两步球磨-热压烧结方法制备出高强度、高韧性和高断裂功且表现出明显延滞断裂特征的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料,Si-B-C-N-Zr陶瓷具有优异高温抗弯强度,(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N陶瓷复合材料具有优良抗热震性能,揭示热震性能提高机理,制备出耐氧-乙炔焰热冲击和高温烧蚀的(Cf-Zr B2)/Si-B-C-N复合材料,揭示烧蚀机理。本研究丰富和完善Si-B-C-N系陶瓷的实验数据和理论研究,为该体系陶瓷及其相关新型高温材料的研发提供理论和数据支持。
其他文献
反硝化作用被认为是造成海洋氮损失的主要生物途径之一,这些海洋环境包括开阔的大洋水体低氧区、近海和大陆架沉积物、深海沉积物等等。除了传统的厌氧反硝化,好氧反硝化作用同样对近海和深海的氮素损失具有重要的贡献。海洋环境中蕴藏着丰富的好氧反硝化菌资源,然而绝大多数仍未被发现和认识。开发海洋好氧反硝化菌资源并认识其代谢调控机制,对于高盐含氮废水的生物处理具有重要意义。本研究开展了海洋好氧反硝化菌的分离和筛选
学位
低轨微小卫星具有低成本、短周期特点,可通过星座组网提供泛在的低成本通信和导航服务。近年来,各国掀起低轨移动业务系统及其通信导航一体化的研究和建设热潮。为节约发射成本、缩短部署周期,低轨星座往往采用一箭多星布局进行发射部署。星载天线安装在星体外部,直接决定卫星包络尺寸,从而影响多星布局。窄带物联网通信和高精度导航增强应用的工作频段大多在2GHz以下,对应电尺寸较大,卫星对天线小型化的需求更加迫切。同
学位
密码算法是保证信息安全传输的有效手段,但现行的密码算法通常是计算安全的,正面临着量子计算等新兴技术的严重威胁。而目前唯一被证明是无条件安全的一次一密(One Time Pad,OTP)密码算法却面临着密钥分发的难题。直到量子密钥分发(Quantum Key Distribution,QKD)利用量子力学原理成功解决了上述密钥分发难题,OTP算法才在实际应用中有了用武之地。QKD可分为离散变量QKD
学位
尽管投资者保护制度不断完善,但是大股东损害中小股东权益而中小股东消极不作为的局面却未发生实质转变。在中国“散户型”投资者结构下,如何将中小股东人数众多的基本特征转化为其有效参与公司治理的优势,具有重要意义。本文利用2015~2018年深市上市公司中小股东出席年度股东大会的数据研究发现,中小股东参与人数越多,越有利于抑制大股东掏空,这一影响随着两权分离度的提高和外部制度环境的改善而增强。进一步分析表
期刊
尽管王骥“三征麓川”遭到明清史籍的批评和反对,但伴随晚清中缅边疆危机,王骥“三征麓川”的历史成为边地文人建构国家意识、表述文化认同的重要素材。边地文人基于历史文献和社会记忆,将“开拓腾越”的王骥塑造成地方英雄,以此来表述边地民族社会的国家意识与文化认同。而地方精英的诗文也深刻影响着民间社会的文化实践,王骥以“威震滇西,保境安民”的形象融入滇西边地三崇信仰,并被奉为迤西、滇缅一带最大保护神。晚清以降
期刊
随着现代科技与航天技术的不断发展,对新一代航天的设计提出了越来越高的要求,这包括:增加航天器的在轨寿命,航天器设计新趋势的出现(创建非密封结构、小型航天器、航天器通用平台设计),新型星载设备的配置,航天器硬件系统的复杂性,机载设备灵敏度增加,开发新的轨道和航天器发射方法等。这就对复杂空间环境下工作的航天器提出了越来越高的防护要求,特别是空间辐射环境的防护。热控涂层作为航天器外表面的功能材料是航天器
学位
乙烯-四氟乙烯共聚物(Ethylene-tetrafluoroethylene,ETFE)绝缘电缆具有优越的电气性能、机械性能和耐环境老化等性能,广泛应用于武器装备、航空航天等领域,是现代国防与航天装备完成信号与能源可靠传输不可或缺的关键组件。使用电子束对ETFE绝缘材料进行辐照交联是一种全面提升ETFE绝缘电缆性能的改性方法。如何使用辐照改性技术高效率、高质量制备出满足现代及未来国防与航天装备要
学位
高频地波雷达工作在3-30MHz的短波波段,利用垂直极化的电磁波沿海洋表面进行绕射,从而实现对海洋表面目标与低空飞行目标的探测。其具有探测面积大、超视距、反隐身等优点。因此,高频地波雷达被广泛应用到远程海洋监测、海态遥感以及气象预报等军民两用领域。不同于传统的微波雷达,拥挤的高频频段、动态变化的海面回波、非平稳电离层反射回波等使得高频地波雷达的目标检测背景十分复杂,弱小目标的信杂比低。经典的恒虚警
学位
我国载人航天工程已由空间实验室阶段进入空间站阶段,对空间操控能力的需求呈现实用化、精细化和智能化。由空间机械臂协助或替代航天员开展空间作业、降低航天员舱外作业风险完成重复性工作的需求越来越迫切,各航天大国都加大力度支持空间机械臂在轨服务技术的研究,将其应用于空间飞行器的在轨组装及维护技术中。空间机械臂在轨工作期间误差源多、误差随机性强,针对精度要求高的操作任务,需要研究精细操作控制策略提高系统任务
学位
目前,中国正面临着环境保护和经济增长的双重压力。生态文明建设已成为建设中国特色社会主义事业的重要一环,而水资源不仅是生态环境的关键控制因素,更是战略性资源和国家综合国力的重要构成要素。在绿色战略、双碳旗帜的驱动下,短期来看,必须解决水资源约束前提下的经济稳定增长;长期来看,需实现水资源、社会经济和生态的协调发展。因此,合理制定水资源的优化配置方案,解决水资源供需问题,并对其健康状态进行科学评价,确
学位