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不同热震工况下2.5D编织SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料力学性能及损伤

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复合材料学报 2023年第7期40卷 4184-4194页

作者：段宏宇王贺权张佳平郑伟陈婧沈阳航空航天大学机电工程学院沈阳110136 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

通过单向拉伸和三点弯曲实验,并结合SEM和EDS分析不同热震工况(次数)下对2.5D编织SiCf/SiC(f表示纤维)陶瓷基复合材料(CMCs)力学性能和损伤的影响。结果表明:2.5D编织SiCf/SiC CMCs在室温无热震和1200℃不同热震工况下的拉伸应力-应变... 详细信息

通过单向拉伸和三点弯曲实验,并结合SEM和EDS分析不同热震工况(次数)下对2.5D编织SiCf/SiC(f表示纤维)陶瓷基复合材料(CMCs)力学性能和损伤的影响。结果表明:2.5D编织SiCf/SiC CMCs在室温无热震和1200℃不同热震工况下的拉伸应力-应变曲线呈现非线性变化,随着热震次数的增加,拉伸强度先逐渐降低,然后小幅度增加,材料在热震10次下的拉伸强度降到48.39%,热震30次后增加到54.11%;材料在室温无热震和1200℃不同热震工况下的三点弯曲位移-载荷曲线也呈现非线性变化,随着热震次数的增加,弯曲强度迅速降低,材料在热震10次下的弯曲强度迅速降到26.06%,热震30次后降到10.77%。从宏观断口分析可知,材料在室温无热震下拉伸、弯曲断口表现为伪脆性断裂特性,而在热震工况下拉伸和弯曲断口则表现出韧性断裂特性。从微观断口观察有纤维拔出、纤维脱粘、界面脱粘、裂纹扩展和纤维断裂等损伤行为,且随着热震次数的增多,界面结合力逐渐减弱,上述等损伤行为均显著增加。

关键词： 2.5D编织物 SiC_(f)/SiC复合材料陶瓷基热震力学性能损伤

热震条件下Al-Si复合Al_(2)O_(3)-C材料的组成、结构和性能变化

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郑州大学学报（理学版） 2023年第4期55卷 88-94页

作者：汪洪森苏凯耿乾坤申家欣欧阳德泽刘新红郑州大学材料科学与工程学院河南省高温功能材料重点实验室河南郑州450052

以板状刚玉骨料和细粉为原料,以酚醛树脂为结合剂制备了Al-Si复合Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料,测定了干燥后试样以及在1 100~1 300℃下热震不同次数后试样的体积密度、显气孔率和常温抗折强度,研究了热震对试样的物相组成、显微结构和性... 详细信息

以板状刚玉骨料和细粉为原料,以酚醛树脂为结合剂制备了Al-Si复合Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料,测定了干燥后试样以及在1 100~1 300℃下热震不同次数后试样的体积密度、显气孔率和常温抗折强度,研究了热震对试样的物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明,随着温度的升高和热震次数的增加,Al、Si反应生成非氧化物Al_4C_3、AlN和SiC的程度增加。由于热震产生的微裂纹为微量空气进入试样内部提供了通道,致使试样内部微区域气相压力增加,从而使非氧化物生成量增大,且非氧化物晶须发育良好,对材料具有填充和增强作用,使试样的致密度和强度略有增加。

关键词：铝碳耐火材料非氧化物晶须显微结构热震性能

粉体制备工艺对Gd、Yb改性YSZ热障涂层性能的影响

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热喷涂技术 2024年第1期16卷 64-70页

作者：邹旸梁加宽龚文娟韩日飞史天杰庞小肖贾芳中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002 矿冶科技集团有限公司北京100160 北矿新材科技有限公司北京102206

随着航空航天技术的快速发展,飞行器热端部件的服役温度越来越高,YSZ热障涂层已经无法满足目前航空发动机热端部件的服役需求,稀土元素钆(Gd)与镱(Yb)对YSZ进行掺杂得到的Gd_(2)O_(3)-Yb_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)共稳定氧化锆(GYYZO)被广泛... 详细信息

随着航空航天技术的快速发展,飞行器热端部件的服役温度越来越高,YSZ热障涂层已经无法满足目前航空发动机热端部件的服役需求,稀土元素钆(Gd)与镱(Yb)对YSZ进行掺杂得到的Gd_(2)O_(3)-Yb_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)共稳定氧化锆(GYYZO)被广泛认为在超高温工况下具有广阔的应用前景。采用固相反应法与化学沉淀法分别制备了两种球形GYYZO粉末,并采用大气等离子喷涂法制备了两种GYYZO陶瓷热障涂层,研究了粉末制备工艺对粉体结构以及涂层结构与性能的影响。结果表明,在相同喷涂参数下,基于化学共沉淀合成GYYZO粉体制备涂层顶层孔隙率更高,该涂层比固相反应合成GYYZO粉体制备的涂层具有更好的抗热震性能。

关键词：热障涂层热震稀土改性热喷涂 YSZ

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钢包透气砖损毁原因分析

河南建材 2024年第3期 52-54页

作者：孙小改贾会霞李耀征张毅清郑可杜晓鑫贾全利郑州城市职业学院材料工程学院 452370 郑州大学材料科学与工程学院 450001

透气砖是钢包包底吹氩工艺的关键材料,其损毁是制约钢包寿命的关键因素。文章总结了精炼钢包用透气砖的类型,分析了其损毁原因,为研究提高透气砖用材料的性能提供依据。

关键词：钢包透气砖损毁热震

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硫酸钙对刚玉-尖晶石材料性能的影响

河南科技 2024年第10期51卷 74-78页

作者：孙小改贾会霞李耀征张毅清贾全利郑州城市职业学院材料工程学院河南郑州452370 郑州大学材料科学与工程学院河南郑州450001

【目的】优化刚玉-尖晶石材料的高温性能。【方法】以板状刚玉、电熔白刚玉、尖晶石、氧化铝微粉、硫酸钙为原料制备了刚玉-尖晶石制品,研究了硫酸钙加入量对刚玉-尖晶石材料的常温性能、高温抗折强度、弹性模量和抗热震性能的影响。【... 详细信息

【目的】优化刚玉-尖晶石材料的高温性能。【方法】以板状刚玉、电熔白刚玉、尖晶石、氧化铝微粉、硫酸钙为原料制备了刚玉-尖晶石制品,研究了硫酸钙加入量对刚玉-尖晶石材料的常温性能、高温抗折强度、弹性模量和抗热震性能的影响。【结果】结果表明:随着硫酸钙加入量增加,试样常温抗折和耐压强度先升高后降低;高温抗折强度先升高后降低,抗热震性能在硫酸钙加入量少时较好。【结论】硫酸钙加入量为4.2%的试样,具有较好的常温性能、高温强度和抗热震性,其主要归因于经高温烧后硫酸钙分解生成的CaO与基质中的Al_(2)O_(3)反应生成的六方板状CA_(6),交错分布在基质中,这种结构有利于提高试样的抗热震性和弹性模量。

关键词：刚玉-尖晶石硫酸钙热震强度

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热震作用下YSZ活性扩散障的非线性有限元分析

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稀有金属材料与工程 2016年第11期45卷 2851-2856页

作者：胡祯李争显刘林涛李江涛西安建筑科技大学陕西西安710055 西北有色金属研究院陕西西安710016 东北大学辽宁沈阳110819

采用有限元法研究,经历多次热震后,Ni Cr Al Y涂层/YSZ扩散障/RenéN5基体内应力分布及演变和波峰值对应力的影响。研究发现,75次热震后模型外边缘附近及氧化铝层中存在较高的剪切应力和拉应力,裂纹会在该处萌生及扩展。各处的应力值随... 详细信息

采用有限元法研究,经历多次热震后,Ni Cr Al Y涂层/YSZ扩散障/RenéN5基体内应力分布及演变和波峰值对应力的影响。研究发现,75次热震后模型外边缘附近及氧化铝层中存在较高的剪切应力和拉应力,裂纹会在该处萌生及扩展。各处的应力值随热震次数的增加均有所增大;随波峰峰值的增加,氧化铝层内的应力值变化最大,其中当波峰峰值(A)为3μm时,扩散障结构较优。

关键词： YSZ活性扩散障热震有限元分析

Ti-Al-C系MAX相陶瓷高温烧蚀和快速热震性能研究

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Ti-Al-C系MAX相陶瓷高温烧蚀和快速热震性能研究

作者：胡宝同西南交通大学

学位级别：硕士

三元层状可加工陶瓷MAX相结合了金属和陶瓷的优点,具有低硬度、可机械加工、高模量、高强度、优良的损伤容限和抗热震性、高的电导率和热导率,具有十分广泛的应用前景。Ti-Al-C系作为MAX相陶瓷材料中最具有代表性的体系之一,是集结构和... 详细信息

三元层状可加工陶瓷MAX相结合了金属和陶瓷的优点,具有低硬度、可机械加工、高模量、高强度、优良的损伤容限和抗热震性、高的电导率和热导率,具有十分广泛的应用前景。Ti-Al-C系作为MAX相陶瓷材料中最具有代表性的体系之一,是集结构和功能一体化的高性能陶瓷,已经被证实可以用在航空航天、核能、冶金等高温环境。但是,考虑到实际应用环境,关于Ti-Al-C系陶瓷在高温、高速气流烧蚀以及快速升温、冷却环境中的热震性能和机制的研究却十分稀少。本论文中利用超高温热压烧结炉合成致密的Ti-Al-C块体材料,然后通过电火花线切割机床加工成型,采用实验室构建的两种新型实验平台,系统表征了TiAlC和TiAlC的烧蚀性能以及TiAlC的抗热震性能。主要的研究结果如下:1、TiAlC在氮气等离子体火焰烧蚀后结果表明,当烧蚀温度为1500℃,表面的TiAlC首先会分解为Ti C和AlO,随着时间的延长,最终会反应生成AlTi O和Ti C。当烧蚀温度升高到1700℃时,烧蚀表面分解的Ti C被完全氧化为Ti O,AlTi O的含量随温度升高而升高。进一步提高烧蚀温度,样品表面出现了明显的烧蚀坑。2、结合TiAlC截面分析,烧蚀层可以分为两种结构,烧蚀外层主要由AlO、Ti O和它们的反应产物AlTi O共同组成,烧蚀内层主要Ti C和少量的大颗粒AlO组成。当烧蚀温度为1500℃、1600℃、1700℃、1900℃时,线烧蚀率为别为-0.73μm/s、-1.86μm/s、-8.20μm/s和8.71μm/s,质量烧蚀率分别为-0.095μmg/s、-0.283μmg/s、-0.043μmg/s和2.103μmg/s。3、TiAlC在氮气等离子体火焰烧蚀后结果表明,表面主要物相为AlTi O和Ti O,没有检测到AlO的出现,随着烧蚀时间的延长,表面的氧化层发生了明显的结构变化,表面生成的AlTi O颗粒不断长大,但与TiAlC不同的是,当烧蚀时间低于180 s时,氧化层与基体分离。4、TiAlC在1600℃烧蚀,结合截面图分析烧蚀外层主要为AlTi O和Ti O组成的混合层,烧蚀外层与基体之间主要通过Ti C连接,氧化层的剥离主要是由于与基体热膨胀系数存在较大差异导致的。当烧蚀时间为60 s、90 s、120 s和180 s时,线烧蚀率分别为1.50μm/s、2.50μm/s、3.56μm/s、3.09μm/s,质量烧蚀率分别为-0.951 mg/s、-0.623 mg/s、-0.595 mg/s和-0.473 mg/s。5、TiAlC陶瓷在270°C、950°C和1250°C水中淬火时,残余弯曲强度分别为160 MPa、91 MPa和27 MPa,对应的强度损失率分别为70.2%、82.9%和94.9%。强度的明显下降归因于表面缺乏致密的AlO薄膜,以及水与基体发生化学反应和淬火过程中表面产生的较大瞬态拉伸应力。实验证明,TiAlC陶瓷的最大受热冲击性能在水中至少为1250°C。6、TiAlC陶瓷在空气中淬火时,淬火表面附着致密氧化物层,致密的氧化层起到了热屏障的作用,有效的保护了基体免受较大的热冲击,因此残余强度下降不明显。结果证明TiAlC陶瓷在空气中受热冲击的温度至少为1400°C。

关键词： Ti3AlC2 Ti2AlC 等离子烧蚀热震显微结构性能

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钨铜梯度材料热震过程中显微组织及热性能

复合材料学报 2021年第12期38卷 4205-4211页

作者：徐仙陈鹏起台运霄魏邦争卫陈龙程继贵合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009 安徽省粉末冶金工程中心合肥230009 有色金属材料与加工国家地方联合工程研究中心合肥230009

针对目前W-Cu功能梯度材料(FGM)在长期热震循环过程中的稳定性缺乏相应研究的问题,以化学镀W-10wt%Cu复合粉体和Cu粉为原料,通过叠层压制和常压气氛烧结的工艺制备了W-10wt%Cu/W-20wt%Cu/W-30wt%Cu层状梯度材料。在600℃、800℃、1000... 详细信息

针对目前W-Cu功能梯度材料(FGM)在长期热震循环过程中的稳定性缺乏相应研究的问题,以化学镀W-10wt%Cu复合粉体和Cu粉为原料,通过叠层压制和常压气氛烧结的工艺制备了W-10wt%Cu/W-20wt%Cu/W-30wt%Cu层状梯度材料。在600℃、800℃、1000℃温度下进行热震试验,对试样在不同热震温度、热震次数下的显微组织和热学性能变化进行了研究。试验结果表明,随着热震温度升高,渗出至试样各梯度层表面的Cu逐渐增加。当热震温度达到1000℃时,试样各梯度层表面出现大量Cu聚集成片的现象,同时在W-20wt%Cu/W-30wt%Cu界面处发现了界面裂纹。随着热震次数的提高,在W-10Cu层中,Cu逐渐渗出表面并在内部留下微孔。此外,W-Cu FGM的热导率随热震次数的增加而减小,在1000℃经过200次热震后,室温热导率由200.54 W·(m·K)^(−1)降至159.23 W·(m·K)^(−1),降低了20.60%。该结果揭示了热震循环中裂纹形成与显微组织变化的耦合失效机制,明确了W-Cu FGM安全服役的范围。

关键词： W-Cu合金功能梯度材料热震显微组织热导率

Al_2O_3p/40Cr复合材料的热震失效机理

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西安交通大学学报 2013年第5期47卷 110-114,130页

作者：陈世敏卢德宏贺小刚李祖来蒋业华昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

采用挤压铸造法制备了Al2O3p/40Cr表层复合材料,研究了复合材料在热震过程中裂纹萌生和扩展的机理。复合层厚度为5mm,Al2O3颗粒体积分数为56%;热震试验采用650℃保温5min、20℃水冷,反复循环。结果表明,在弱机械结合情况下,由于空气中... 详细信息

采用挤压铸造法制备了Al2O3p/40Cr表层复合材料,研究了复合材料在热震过程中裂纹萌生和扩展的机理。复合层厚度为5mm,Al2O3颗粒体积分数为56%;热震试验采用650℃保温5min、20℃水冷,反复循环。结果表明,在弱机械结合情况下,由于空气中的氧气和铁生成的氧化物与基体在热膨胀系数和弹性性能上不匹配,裂纹首先在氧化层中萌生,随着氧化层厚度增加,会加速裂纹的生长;从各个方向生长的裂纹相遇时会搭接在一起,形成比较大的宏观裂纹。此机理与WC等其他颗粒增强复合材料的热震失效机理有着显著差异。热震15次后,试验材料在复合层和基材的宏观界面出现大裂纹。

关键词： Al2O3p/40Cr 金属基复合材料热震氧化裂纹失效机理