【摘 要】
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超高温陶瓷是航空航天领域中应用的最广泛的材料之一。由于其优秀的物理性能和力学性能,超高温陶瓷作为非烧蚀性热防护材料应用于航空器和航天器的关键部位。在服役过程中,材
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超高温陶瓷是航空航天领域中应用的最广泛的材料之一。由于其优秀的物理性能和力学性能,超高温陶瓷作为非烧蚀性热防护材料应用于航空器和航天器的关键部位。在服役过程中,材料经常处于极端恶劣的工作环境中,使材料形成巨大温度梯度,对材料造成热冲击。研究材料在这种情况下的力学性能和失效机制对提高关键结构材料的可靠性极其重要。本文针对传统水淬试验的缺陷,对Zr B2基超高温陶瓷材料材料进行了快速升温热冲击过程的研究。首先研究了超高温陶瓷的快速升温以实现热冲击的试验方法,通过通电加热和辐射加热对材料进行高温拉伸试验,确定了通电加热试验的合理性,可应用于热冲击试验,并通过拉伸实验得到了Zr B2基材料的高温性能参数。以通电加热的热冲击试验平台为基础,实现了快速升温热冲击试验,并能进行环境因素的控制。利用交叉试验的方法探究了热冲击温度、升温速率、气压、试件尺寸及气体环境对超高温陶瓷热冲击的影响程度。结果表明,热冲击温度、升温速率是试验的主要影响因素,而Zr B2基超高温陶瓷的热冲击性能存在明显的尺寸效应。最后利用有限元软件进行建模,并分别对超高温陶瓷进行了快速升温和快速冷却的热冲击模拟计算。结果显示,快速升温的模拟计算对同样条件下热冲击试验有较好的补充,而与快速降温的模拟计算结果相差很大。说明了以水淬法为基础的试验并不能表示实际热冲击过程,而本课题的实验方法是研究超高温陶瓷热冲击性能的有效方法。
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