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《哈尔滨工业大学》 2011年
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Al20Si/Gr耗散防热材料氧—乙炔和发动机燃烧室烧蚀性能研究

李冰清  
【摘要】:本文通过专利技术(ZL200810064995.2)制备得Al20Si/Gr耗散防热材料,其中基体为多孔石墨,耗散剂为Al20Si。利用万能电子试验机测试了常温和高温弯曲强度、压缩强度。采用氧-乙炔烧蚀试验和超燃冲压发动机燃烧室烧蚀试验考察了Al20Si/Gr耗散防热材料在不同烧蚀时间和不同冷却条件下的烧蚀行为,通过SEM、XRD、EDS等分析测试手段对烧蚀后材料的表面形貌及微区成分,表面及内部的物相组成进行了分析,进而探讨了Al20Si/Gr耗散防热材料在烧蚀过程中陶瓷膜的形成过程、体积烧蚀效应及耐烧蚀机理。 Al20Si/Gr耗散防热材料的常温弯曲强度较基体提高了3.5倍,常温压缩强度较基体提高了1.3倍。在20-1000℃内,随着温度的升高,Al20Si/Gr耗散防热材料的弯曲强度逐渐下降;压缩强度先下降后上升,750℃时降至最低,1000℃时又升至175MPa。 在氧-乙炔烧蚀条件下,Al20Si/Gr耗散防热材料60s一次烧蚀时线烧蚀率为5.0×10~(-3)mm/s,60s二次烧蚀的线烧蚀率较之降低了60%,较石墨基体降低了两个数量级。烧蚀表面分为中心区、过渡区和边缘区。烧蚀时间超过30s,中心区出现烧蚀坑,改变了气流方向,使得过渡区中出现明显大颗粒金属氧化物,边缘区由网状金属氧化物构成。Al20Si/Gr耗散防热材料的体积烧蚀效应为:从材料表面至背部,物相组成呈梯度分布,依次为:C+Al_2O_3+SiO_2,C+Al_4SiC4,C+Al_4SiC4+SiC+Al_4C_3,C+SiC+Al_4C_3,C+Si+Al+Al_4C_3。 耗散防热材料的抗烧蚀机理主要体现在以下几个方面:第一,烧蚀过程中耗散剂的熔化吸热;第二,陶瓷膜的热阻隔和氧阻隔效应;第三,陶瓷膜对气流冲刷的缓冲作用。 发动机燃烧室烧蚀温度约为800℃,表面形成的保护膜提高了材料的耐气流冲刷性,材料内部相组成为Al、Si和C,距烧蚀面越近,Al和Si含量越低。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK223

【参考文献】
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