ZrB2-SiC陶瓷高温氧化机理及力学性能研究

作     者：杨曦凝 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁军

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：超高温陶瓷 ZrB2-SiC 高温氧化 热化学理论 细观力学 

摘      要：超高温陶瓷材料(UHTCs)在国防和航天上发挥着越来越重要的作用,它能够胜任于包括高超声速长时飞行、大气层再入、跨大气层飞行、和火箭推进系统等极端环境,因此它的抗氧化性能是其使用时最重要的参考依据,热化学理论作为一种相对成熟的方法,为研究超高温陶瓷的抗氧化性能提供了一条研究途径。 本文利用热化学理论系统的研究了超高温陶瓷的高温氧化机理,探讨了超高温陶瓷高温氧化过程中材料微结构的变化趋势;并利用细观力学理论分析了高温氧化特性对材料力学性能的影响。 为了研究超高温陶瓷的高温氧化机理,在1800℃时分别对ZrB2+20vol%SiC(ZS1)、ZrB2+30vol%SiC(ZS2)复合材料进行不同氧分压下的高温氧化实验,并且利用热力学计算软件FactSage进行数值模拟,得出了材料的高温氧化机理;探讨了氧化产物含量对表面形态的影响,与氧化后照片吻合;通过对不同SiC含量和氧分压的材料进行计算,发现SiC含量高对提高材料的抗氧化性能有利,但在低氧分压下由于SiO2的挥发使得这种有利因素不明显;根据氧化产物生成时的氧分压不同,得出了氧化层的示意图,分析出SiC耗散层是影响抗氧化性能的薄弱环节,并与材料测试结果进行了比较分析。 在反应物与生成物的总质量守恒以及SiC耗尽层内的固体相体积不变基础上,描述了SiC耗尽层内生成物的体积膨胀以及孔洞的演化随温度的变化规律;把生成相与孔洞视为广义夹杂,通过细观力学的理论预报了SiC耗尽层的高温弹性性能的劣化过程,结果表明,衰减主要受相变的控制,初始SiC含量越高,生成的孔洞体积分数越大,SiC耗尽层的弹性性能衰减也越明显。