【摘 要】
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ZrB2基超高温陶瓷在极端环境中能够保持自身性质稳定且熔点高于3000℃,因其具有优良的力学性能、高热导率及良好的抗热振性等特点,被广泛应用于超高温结构防护中。本文围绕ZrB2基超高温陶瓷的力学性能、高温氧化行为进行如下研究。(1)采用放电等离子烧结法制备了致密度优良的ZrB2-SiC超高温陶瓷。通过密度测试发现,ZrB2-SiC超高温陶瓷相对密度为99.1%。采用纳米压入法对其进行硬度、弹性模量
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ZrB2基超高温陶瓷在极端环境中能够保持自身性质稳定且熔点高于3000℃,因其具有优良的力学性能、高热导率及良好的抗热振性等特点,被广泛应用于超高温结构防护中。本文围绕ZrB2基超高温陶瓷的力学性能、高温氧化行为进行如下研究。(1)采用放电等离子烧结法制备了致密度优良的ZrB2-SiC超高温陶瓷。通过密度测试发现,ZrB2-SiC超高温陶瓷相对密度为99.1%。采用纳米压入法对其进行硬度、弹性模量等力学性能测试。实验结果表明,本文中所制备的ZrB2-SiC超高温陶瓷相对密度较高,材料的硬度、弹性模量较高。(2)基于连续刚度法研究了压入应变率对基体硬度测试值的影响,对ZrB2-SiC陶瓷在4种不同应变率下进行一系列纳米压入测试。结果发现,ZrB2-SiC陶瓷的硬度测试值随着应变率的增大呈递增趋势,表现出显著的应变率相关性,而弹性模量与应变率无关。(3)考虑到ZrB2-SiC陶瓷在硬度测试过程中存在的尺度效应现象,本文使用ER、PSR、MPSR和Nix-Gao四种模型计算材料的真实硬度H0。结果表明Nix-Gao模型计算结果更接近材料的真实硬度,且剔除尺寸效应后的应变率敏感指数明显低于不考虑尺寸效应的应变率敏感指数。(4)为了研究ZrB2-SiC在高温服役环境下的抗氧化性及氧化产物的力学性能,将基体在不同温度下保温1h。通过单位面积质量增重分析可知,随着氧化温度的增加,增重速率先增加后减小。当温度为1400℃时,单位面积质量增加最快。对不同温度下制备的氧化膜进行纳米压痕实验,结果显示,ZrB2-SiC超高温陶瓷在高温氧化环境下的硬度值与基体相比明显降低,这为实际工程中的应用提供一定的参考。
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