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Thermal response, oxidation and ablation of ultra–high temperature ceramics, C/SiC, C/C, graphite and graphite–ceramics

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Journal of Materials Science & Technology 2022年第7期102卷 137-158页

作者： Xinghong Zhang baihe du Ping Hu Yuan Cheng Jiecai Han National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Composites in Special Environments and Center for Composite Materials and StructuresHarbin Institute of TechnologyHarbin 150001China

Various thermal protection materials exhibit obviously different and complicated thermal response,oxidation and ablation behavior,which are very important for the appropriate design and ***,the relative researches are very few *** this work,the thermal response,oxidation and ablation behavior of representative thermal protection materials including ultra-high temperature ceramics,C/SiC,C/C, graphite and graphite-ceramic were investigated systematically in strong heat flux,high enthalpy and low-pressure *** response of these materials was analyzed based on experimental results and thermal energy balance that accounts for all of the heat transfer processes transporting energy into and out of the *** factors were playing important roles in the thermal response including thermal conductivity,volumetric heat capacity,catalytic efficiency,emissivity and oxidation characteristics of the *** importance of each factor not only depends on the material characteristics such as material composition and phase content but also environment parameters including heat flux,enthalpy,pressure and testing *** comparisons and relationships of oxidation and ablation behaviors for these materials under extreme environments were also illustrated in ***,thermal response and ablation behaviors of pre-oxidized material or repeated tests were also performed to evaluate the effect of pre-treatment on the performance and reusability of thermal protection *** work offers guiding significance for the appropriate design and selection of thermal protection materials.

关键词： Thermal protection materials Ceramic Thermal response Oxidation Ablation

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Using PyC modified 3D carbon fiber to reinforce UHTC under low temperature sintering without pressure

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Journal of Advanced Ceramics 2021年第4期10卷 871-884页

作者： baihe du Yuan CHENG Liancai XUN Shuchang ZHANG Jing TONG Qingrong LV Shanbao ZHOU Ping HU Xinghong ZHANG National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Composites in Special Environments and Center for Composite Materials and StructuresHarbin Institute of TechnologyHarbin 150001China School of Physics and Material Science Anhui UniversityHefei 230601China

Finding the optimum balance between strength and toughness,as well as acquiring reliable thermal shock resistance and oxidation resistance,has always been the most concerned topic in the discussion of ultra-high temperature ceramic ***,PyC modified 3D carbon fiber is used to reinforce ultra-high temperature ceramic(UHTC).The macroscopic block composite with large size is successfully fabricated through low temperature sintering at 1300℃without *** prepared PyC modified 3D C_(f)/ZrC-SiC composites simultaneously possess excellent physical and chemical stability under the synergistic effect of PyC interface layer and low temperature 1/2 sintering without *** fracture toughness is increased in magnitude to 13.05±1.72 MPa·m^(1/2)accompanied by reliable flexural strength of 251±27 *** rapid thermal shock spanning from room temperature(RT)to 1200℃,there are no visible surface penetrating cracks,spalling,or structural *** maximum critical temperature difference reaches 875℃,which is nearly three times higher than that of traditional monolithic *** haunting puzzle of intrinsic brittleness and low damage tolerance are resolved *** the protection of PyC interface layer,the carbon fibers around oxide layer and matrix remain structure intact after static oxidation at 1500℃for 30 *** oxide layer has reliable physical and chemical stability and resists the erosion from fierce oxidizing atmosphere,ensuring the excellent oxidation resistance of the *** a sense,the present work provides promising universality in designability and achievement of 3D carbon fiber reinforced ceramic composites.

关键词： ultra-high temperature ceramic(UHTC) pyrolytic carbon interface layer carbon fiber

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Microstructural regulation,oxidation resistance,and mechanical properties of C_(f)/SiC/SiHfBOC composites prepared by chemical vapor infiltration with precursor infiltration pyrolysis

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Journal of Advanced Ceramics 2022年第1期11卷 120-135页

作者： Yang LYU baihe du Guiqing CHEN Guangdong ZHAO Yuan CHENG Shanbao ZHOU Qingrong LV Xinghong ZHANG Wenbo HAN National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Composites in Special Environments and Center for Composite Materials and StructuresHarbin Institute of TechnologyHarbin 150080China School of Chemistry and Materials Science Heilongjiang UniversityHarbin 150080China School of Physics and Material Science Anhui UniversityHefei 230601China

To further improve the oxidation resistance of polymer derived ceramic(PDC)composites in harsh environments,Cf/SiC/SiHfBOC composites were prepared by chemical vapor infiltration(CVI)and precursor impregnation pyrolysis(PIP)*** weight retention change,mechanical properties,and microstructure of C/SiC/SiHfBOC before and after oxidation in air were studied in *** analyses showed that only the interface between the ceramics and fibers was oxidized to some extent,and hafnium had been enriched on the composite surface after oxidizing at different *** main oxidation products of Cf/SiC/SiHfBOC composites were Hf0_(2)and HfSi04 after oxidation at 1500℃for 60 ***,the weight retention ratio and compressive strength of the Cf/SiC/SiHfBOC composites are 83.97%and 23.88±3.11 MPa,*** indicates that the Cf/SiC/SiHfBOC composites should be promising to be used for a short time in the oxidation environment at 1500℃.

关键词： Cf/SiC/SiHfBOC composites precursor infiltration pyrolysis(PIP)method mechanical properties high-temperature oxidation resistance

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高热环境下前缘结构高温应变测量

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实验流体力学 2016年第3期30卷 92-97页

作者：吴东陈德江周玮杜百合中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所四川绵阳621000

高超声速飞行器前缘在大气层中长时间飞行时受热严酷,热应力影响大,分析前缘结构热应力十分必要。在电弧风洞模拟的高热环境下采用高温应变计对高超声速飞行器前缘结构进行了高温应变测量,介绍了试验设备、试验条件、试验模型和热输出... 详细信息

高超声速飞行器前缘在大气层中长时间飞行时受热严酷,热应力影响大,分析前缘结构热应力十分必要。在电弧风洞模拟的高热环境下采用高温应变计对高超声速飞行器前缘结构进行了高温应变测量,介绍了试验设备、试验条件、试验模型和热输出标定等,并介绍分析了碳基复合材料和某耐热合金2种材料前缘模型试验结果,同时对比了有限元计算结果,表明测量结果真实。试验应变测量最高温度600℃,试验结果表明,前缘模型侧面平板的应力状态处于合理水平。应力应变数据对于结构优化设计起到了重要作用。

关键词：高超声速应力应变风洞高温测量

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惰性气体-空气混合电弧流场特性研究

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实验流体力学 2022年第5期36卷 69-75页

作者：杜百合张松贺葛强王茂刚中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

理论上小流率惰性气体添加到大流率空气电弧中不会影响对热防护材料的性能评估。采用控制电弧电流和惰性气体质量流率的方法,在电弧风洞实验平台上研究了分别在空气电弧中添加氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)等惰性气体-空气混... 详细信息

理论上小流率惰性气体添加到大流率空气电弧中不会影响对热防护材料的性能评估。采用控制电弧电流和惰性气体质量流率的方法,在电弧风洞实验平台上研究了分别在空气电弧中添加氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)等惰性气体-空气混合电弧的特性,测量了超声速喷管出口驻点热流密度、驻点压力和出口气流平均焓值等参数,分析了电弧电流、气体总质量流率、惰性气体质量流率占比等因素对流场特性的影响。实验结果表明:氦气质量流率占比11.46%、总质量流率0.2 kg/s、电弧电流1300 A条件下的氦气-空气混合电弧的出口气流平均焓值和热流密度分别比纯空气电弧增加了6.07%和1.02%;氖气、氩气和氪气等惰性气体-空气混合电弧在超声速喷管出口的焓值和驻点压力均低于纯空气电弧,且随混合气体总质量流率和电弧电流的增大而增大,其增大程度与添加气体介质的种类和质量流率占比有关。

关键词：惰性气体混合电弧等离子体流场特性

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电弧风洞CO_2介质运行分析

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实验流体力学 2015年第1期29卷 31-36页

作者：朱超陈德江周玮杜百合姚峰中国空气动力研究与发展中心超高速所四川绵阳621000

为开展金星和火星探测器地面防热试验研究,通过对CO2气体平衡成分分析、喷管流场计算和风洞运行能力分析,评估了电弧风洞模拟探测器进入CO2大气环境时的防热试验能力。首先采用平衡常数法计算分析CO2气体在不同温度和压力下的平衡成分,... 详细信息

为开展金星和火星探测器地面防热试验研究,通过对CO2气体平衡成分分析、喷管流场计算和风洞运行能力分析,评估了电弧风洞模拟探测器进入CO2大气环境时的防热试验能力。首先采用平衡常数法计算分析CO2气体在不同温度和压力下的平衡成分,接着利用一维等熵理想气体模型分析喷管内平衡流和冻结流2种流态下的流场参数,最后计算CO2介质运行时喷管出口的驻点参数,评估驻点压力和驻点热流的包络性能。结果表明:电弧风洞CO2介质运行时气流在加热器内含碳量高达30%,并可能在水冷壁上沉积,降低设备绝缘性能和换热效率,给设备安全运行带来隐患;在平衡流和冻结流2种流态下,喷管出口气流中均含有CO和O2,且CO含量高达50%,为保护下游的真空设备和人员安全,防止反应生成的CO浓度达到爆炸极限,给出了在扩压器补充惰性气体钝化的初步方案。

关键词：电弧风洞 CO2大气环境金星探测火星探测

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磁驱动旋转电弧运动图像及弧电压脉动的实验研究

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核技术 2005年第10期28卷 745-750页

作者：杜百合黎林村马强陈佺赵宇含夏维东中国科学技术大学热科学和能源工程系

磁驱动旋转电弧产生扩散电弧等离子体过程中有许多有趣的物理现象。本文利用高速摄影技术研究了大气压条件下、非均匀磁场中、大尺度磁驱动旋转氩电弧的电弧结构;在一定的弧电流和外磁场条件下,电弧的平面形状表现为不断发展和增长的螺... 详细信息

磁驱动旋转电弧产生扩散电弧等离子体过程中有许多有趣的物理现象。本文利用高速摄影技术研究了大气压条件下、非均匀磁场中、大尺度磁驱动旋转氩电弧的电弧结构;在一定的弧电流和外磁场条件下,电弧的平面形状表现为不断发展和增长的螺旋结构,电弧螺旋结构的破裂往往产生于阴极附近的等离子体射流。采用图像分析的方法计算了外部磁场作用下阳极斑点沿弧室内壁的移动频率,分析了磁驱动旋转电弧运动过程中的弧电压脉动现象。结合电弧图像分析和电弧电压脉动及其FFT分析得出:电弧电压的大幅波动与多层电弧螺旋结构破裂和重建相关,而电弧电压的小幅波动则是弧根小幅跳动引起电弧拉长和收缩的结果。

关键词：磁驱动旋转电弧电弧等离子体螺旋结构弧电压脉动高速摄影

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高温风洞机器视觉系统:原理、设计与装备

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中国科学：技术科学 2020年第6期50卷 742-762页

作者：张金松屈哲岳孟坤唐云龙王显陈连忠杜百合冯雪清华大学航天航空学院应用力学教育部重点实验室北京100084 浙江清华柔性电子技术研究院嘉兴314006 中国航天空气动力技术研究院北京100074 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

在航空航天等领域,高温风洞模拟试验是对飞行器关键材料/结构进行防热性能评估和优化设计的重要方式.结合试验环境特点,发展面向高温风洞的机器视觉系统,以实现全方位、多角度的试验过程信息的获取,对于高温地面模拟试验技术的发展具有... 详细信息

在航空航天等领域,高温风洞模拟试验是对飞行器关键材料/结构进行防热性能评估和优化设计的重要方式.结合试验环境特点,发展面向高温风洞的机器视觉系统,以实现全方位、多角度的试验过程信息的获取,对于高温地面模拟试验技术的发展具有重要意义.本文综述了面向高温风洞的机器视觉系统的概念原理、关键技术与装备设计,同时结合课题组在该领域的相关研究成果,对高温风洞机器视觉系统的应用实例进行了介绍.最后,基于高温风洞模拟试验的发展需求,对高温风洞机器视觉系统的未来发展方向和应用前景进行了展望.

关键词：机器视觉系统高温风洞高温地面模拟试验热防护系统光学测量氧化烧蚀

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进一步深化碳达峰、碳中和战略转型路径的若干思考

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中国科学院院刊 2024年第4期39卷 726-736页

作者：顾佰和于东晖王琛王毅中国科学院科技战略咨询研究院北京100190 中国科学院大学公共政策与管理学院北京100049 中国科学院大学中丹学院北京100049

碳达峰、碳中和目标的实现将带来广泛而深刻的经济社会系统性变革。“双碳”转型路径是一系列目标、技术、资金、政策等综合驱动的系统行动路线图。随着全社会对“双碳”工作认识的不断深化,我国的“双碳”工作面临全面深化落实的系统... 详细信息

碳达峰、碳中和目标的实现将带来广泛而深刻的经济社会系统性变革。“双碳”转型路径是一系列目标、技术、资金、政策等综合驱动的系统行动路线图。随着全社会对“双碳”工作认识的不断深化,我国的“双碳”工作面临全面深化落实的系统推进挑战。文章总结了“双碳”目标引领下的低碳转型新成效与双碳“1+N”政策体系,对实现双碳目标的转型需求和面临的挑战进行了分析,并从经济体系、能源体系、国土空间格局、建筑和交通、消费模式、技术创新、金融体系、贸易与供应链、治理体系及国际合作等方面提出了系统推进双碳目标深化落实的若干建议。

关键词：碳达峰碳中和低碳转型生态文明绿色发展

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高精度工具磨床摆轴模糊自整定控制方法研究

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组合机床与自动化加工技术 2024年第7期 23-25,30页

作者：王柏何董海王峥大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室大连116081

针对精加工刀具刃磨过程所需工具磨床摆轴回转运动的高精度要求,设计了新型的高精度工具磨床摆轴及其控制系统。首先,根据已设计的摆轴机械结构建立系统数学模型;其次,为了满足工程中不同刃磨需求下摆轴回转运动的平稳性要求,解决常规P... 详细信息

针对精加工刀具刃磨过程所需工具磨床摆轴回转运动的高精度要求,设计了新型的高精度工具磨床摆轴及其控制系统。首先,根据已设计的摆轴机械结构建立系统数学模型;其次,为了满足工程中不同刃磨需求下摆轴回转运动的平稳性要求,解决常规PI控制无法实现此类时变系统回转速度精准控制的问题,引入了模糊控制策略对PI控制参数进行整定;最后,通过MATLAB/Simulink模块对摆轴系统进行了仿真验证。结果表明,采用模糊PI控制的摆轴系统速度跟随效果好,超调量低于1%,且具有良好的鲁棒性,能满足工程中对高精度工具磨床摆轴运动控制精度的要求。

关键词：工具磨床摆轴研磨质量运动控制模糊控制

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