C/C-AlSiB耗散防热复合材料的制备及性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henrychen999
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本文以制备轻质、高强度、耐高温烧蚀的防热材料为目标,以耗散防热为设计思路,采用不同密度C/C复合材料为基体,在综合考虑材料的物理性能、热力学性能等指标的基础上选择AlSiB合金作为浸渗剂,并制备了C/C-AlSiB耗散防热复合材料。采用先进分析手段对C/C-AlSiB耗散防热复合材料的微观组织形貌、力学性能、热物理性能进行了分析研究,并探讨了相关影响因素。通过氧-乙炔烧蚀实验表征其抗烧蚀性能,并对烧蚀后的微观组织形貌演变观察分析,研究了烧蚀过程中出现的不同烧蚀行为及机制,对材料的耐烧蚀机理进行阐释。制备的C/C-AlSiB复合材料致密度较高,浸渗剂在基体中呈网状均匀分布,这种微观结构对材料力学性能提高起到重要作用,材料内物相主要为C、Al、Si、SiB6和AlB10。耗散防热复合材料的力学性能相比C/C基体显著提高,复合材料的三点弯曲强度提升34.96%,弹性模量提升21.90%。浸渗剂的加入在XY和Z两个方向上均提高了材料的热膨胀系数。氧-乙炔烧蚀试验结果表明,C/C-AlSiB耗散防热复合材料的烧蚀率低于C/C基体,尤其1.63CC-AlSiB烧蚀率明显降低,这说明材料抗烧蚀性能提高。在烧蚀的中心区、过渡区、边缘区材料表面呈现出不同的微观形貌,烧蚀过程中材料表面形成氧化层,其主要成分为Al2O3、SiO2。耗散剂在烧蚀条件下更容易与氧发生反应,并形成覆盖在表面的氧化膜,对C/C基体起到保护作用,且烧蚀过程中表面液态氧化层黏度较大,使得材料的机械剥蚀作用减弱。C/C-AlSiB防热复合材料表面的热化学烧蚀作用引起氧耗散,耗散剂相变吸热作用、氧化膜的热阻隔以及气体逸出产生的热塞积作用共同形成热耗散。这些因素综合作用提高了材料的抗烧蚀性能。
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