ZrB 2 -SiC-Graphene仿生复合微结构构建及增韧机制研究

发布时间：2022-10-15 11:30

　　在高速飞行期间,飞行器的局部热端部位温度高达2000℃以上。对热防护材料的抗氧化耐温极限、高可靠性和抗热冲击性能提出了更加苛刻的要求。传统的难熔金属、石墨、C/C、C/SiC以及SiC/SiC耐高温材料已经难以满足未来热防护系统的需求。而熔点在3000℃以上的过渡族金属的难熔硼化物和碳化物是一种非常有前途的在2000℃以上使用的非烧蚀型超高温防热材料,其中ZrB₂基超高温陶瓷因具有优异抗氧化烧蚀性能,被研究地最为广泛和深入。然而ZrB₂基超高温陶瓷材料的本征脆性和较差的抗热冲击性能一直是限制其工程应用的关键。国内外学者尝试在ZrB₂陶瓷中引入多种添加相进行增韧和改善抗热冲击性能,但效果有限,尚不能满足极端热环境的需求。为了进一步提高ZrB₂陶瓷材料的断裂韧性和抗热冲击性能,国内外研究人员在仿生层状、“砖-泥”结构和纤维独石陶瓷方面做了不少工作,但大都采用聚合物、金属或者高体积分数（＞70vol.%）的二维石墨片和氮化硼作为弱界面相替代天然生物材料中的蛋白质层,严重破坏了陶瓷材料的高温性能和抗氧化烧蚀... 

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究目的和意义
    1.2 ZrB_2基超高温陶瓷的增韧技术研究现状
        1.2.1 添加相增韧
        1.2.2 微结构增韧
    1.3 ZrB_2基超高温陶瓷抗热冲击性能研究现状
    1.4 ZrB_2基超高温陶瓷抗氧化烧蚀性能研究现状
    1.5 国内外文献综述的简析
    1.6 主要研究内容
第2章 材料制备及实验方法
    2.1 实验原料及制备方法
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 三维ZrB_2-SiC-Graphene复合泡沫的制备
        2.1.3 ZrB_2-SiC-Graphene陶瓷的制备
        2.1.4 ZrB_2-SiC-Graphene@ZrB_2-SiC“砖-泥”陶瓷的制备
        2.1.5 ZrB_2-SiC/ZrB_2-SiC-Graphene短纤维独石陶瓷的制备
        2.1.6 ZrB_2-SiC/ZrB_2-SiC-Graphene连续纤维独石陶瓷的制备
    2.2 测试及表征
        2.2.1 微结构与物相表征
        2.2.2 物理性能测试及表征
        2.2.3 力学性能测试及表征
        2.2.4 抗热冲击和抗氧化烧蚀性能测试
第3章 ZrB_2-SiC-Graphene陶瓷的微结构及性能调控
    3.1 引言
    3.2 三维Graphene泡沫的微结构及其性能
        3.2.1 三维Graphene泡沫的微结构表征
        3.2.2 三维Graphene泡沫的性能研究
    3.3 三维ZrB_2-SiC-Graphene复合泡沫的微结构调控
    3.4 ZrB_2-SiC-Graphene陶瓷的微结构调控及性能研究
        3.4.1 ZrB_2-SiC-Graphene陶瓷的微结构
        3.4.2 ZrB_2-SiC-Graphene陶瓷的物相分析
        3.4.3 ZrB_2-SiC-Graphene陶瓷的性能研究
    3.5 仿生复合微结构及组分设计
    3.6 本章小结
第4章 ZrB_2-SiC-Graphene@ZrB_2-SiC“砖-泥”陶瓷的构建及性能研究
    4.1 引言
    4.2 ZrB_2-SiC-Graphene@ZrB_2-SiC“砖-泥”陶瓷的微结构表征
    4.3 ZrB_2-SiC-Graphene@ZrB_2-SiC“砖-泥”陶瓷的性能研究
    4.4 ZrB_2-SiC-Graphene@ZrB_2-SiC“砖-泥”陶瓷的增韧机制
    4.5 本章小结
第5章 ZrB_2-SiC/ZrB_2-SiC-Graphene纤维独石陶瓷的构建及增韧机制研究
    5.1 引言
    5.2 致密度对ZS/ZSG短纤维独石陶瓷微观结构和性能的影响
        5.2.1 致密度对ZS/ZSG短纤维独石陶瓷微观结构的影响
        5.2.2 致密度对ZS/ZSG短纤维独石陶瓷力学性能的影响
    5.3 纤维直径对ZS/ZSG短纤维独石陶瓷微观结构和性能的影响
        5.3.1 纤维直径对ZS/ZSG短纤维独石陶瓷微观形貌的影响
        5.3.2 纤维直径对ZS/ZSG短纤维独石陶瓷力学性能的影响
    5.4 ZS/ZSG短纤维独石陶瓷抗氧化烧蚀性能研究
    5.5 ZS/ZSG连续纤维独石陶瓷的微结构调控及增韧机制研究
        5.5.1 ZS/ZSG连续纤维独石陶瓷的微观结构
        5.5.2 ZS/ZSG连续纤维独石陶瓷的力学性能及增韧机制研究
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]Biomimetic twisted plywood structural materials[J]. Si-Ming Chen,Huai-Ling Gao,Yin-Bo Zhu,Hong-Bin Yao,Li-Bo Mao,Qi-Yun Song,Jun Xia,Zhao Pan,Zhen He,Heng-An Wu,Shu-Hong Yu.  National Science Review. 2018(05)
[2]难熔金属表面高温抗氧化涂层技术现状[J]. 张绪虎,徐方涛,贾中华,李海庆,何开民,陈道勇.  中国材料进展. 2013(04)
[3]近空间高速飞行器用超高温材料[J]. 张小明,蔡小梅,王晖,王峰,张军良.  稀有金属材料与工程. 2011(S2)

博士论文
[1]石墨表面耐烧蚀抗氧化复合涂层制备及性能研究[D]. 王鹏.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3691224