抗损伤、低热导率的隔热/热密封材料的制备与性能研究
发布时间：2021-05-18 20:49
高超声速飞行器在服役过程中面临高热流、强热震以及强震动等极端的环境条件,因此必须对飞行器进行有效的热防护。然而目前应用的航天隔热材料和热密封材料如SiO2、Al2O3、ZrO2以及莫来石均存在抗损伤能力差、加工困难和高温烧结的问题,难以满足高超声速飞行器对隔热材料和热密封材料的性能需求,因此发展抗损伤、低热导率的新型隔热材料和热密封材料具有十分重要的意义。本论文围绕抗损伤、易加工和低热导率的隔热材料和热密封材料的制备及其性能研究来开展工作。采用化学沉淀加高温煅烧的方法制备出纯相ZrP2O7和β-Zr2O（PO4）2粉末,并利用MgO粉末作为烧结助剂,通过分析烧结过程中的动力学曲线优化烧结工艺参数,成功制备出致密度为96%的ZrP2O7和β-Zr2O（PO4）2块体。对制备出的ZrP<...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 选题背景
1.2 隔热/热密封材料概述
1.2.1 大面积隔热材料
1.2.2 热密封陶瓷材料
1.2.3 环境障/热障涂层材料
1.3 隔热/热密封材料发展现状
1.3.1 大面积隔热材料发展现状
1.3.2 热密封陶瓷材料发展现状
1.3.3 环境障/热障涂层材料发展现状
1.4 本文主要研究内容
第2章 实验方法与设备
2.1 实验原料及设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验设备
2.2 样品的制备
2.2.1 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的合成
2.2.2 ZrP_2O_7块体和β-Zr_2O(PO_4)_2块体的制备
2.2.3 多孔ZrP_2O_7陶瓷的制备
2.2.4 (TiZrHf)P_2O_7粉末的合成与烧结
2.2.5 (Y_(1/3)Yb_(1/3)Er_(1/3))_3TaO_7、(Y_(1/3)Yb_(1/3)Er_(1/3))_3NbO_7和(Sm_(1/6)Eu_(1/6)Y_(1/6)Yb_(1/6)Lu_(1/6)Er_(1/6))_3(Nb_(1/2)Ta_(1/2))O_7粉末的合成
2.2.6 (La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))PO_4粉末的合成
2.2.7 (La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2Zr_2O_7粉末的合成
2.2.8 (Y_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2)Er_(0.2))AlO_3粉末的合成
2.2.9 高熵稀土氧化物块体的制备
2.3 样品的表征
2.3.1 物相组成
2.3.2 微观形貌
2.3.3 密度和致密度
2.3.4 弹性模量
2.3.5 维氏硬度
2.3.6 力学强度
2.3.7 可加工性
2.3.8 热膨胀系数
2.3.9 热导率
2.3.10 抗热震性能
2.3.11 介电常数
2.3.12 化学相容性
第3章 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的合成和烧结
3.1 引言
3.2 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的合成机理
3.3 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的表征
3.4 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的烧结
3.5 小结
第4章 ZrP_2O_7陶瓷和β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的力学性能
4.1 引言
4.2 ZrP_20_7的力学性能
4.2.1 力学性能参数
4.2.2 损伤容限
4.2.3 可加工性
4.3 β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的力学性能
4.3.1 力学性能参数
4.3.2 损伤容限
4.3.3 可加工性
4.3.4 抗损伤机理
4.4 小结
第5章 ZrP_2O_7陶瓷和β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的热学性能
5.1 引言
5.2 ZrP_2O_7的热学性能
5.2.1 热膨胀系数
5.2.2 热导率
5.2.3 热稳定性
5.3 β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的热学性能
5.3.1 热膨胀系数
5.3.2 热导率
5.3.3 抗热震性能
5.4 小结
第6章 ZrP_2O_7的抗烧结性能及其在多孔隔热材料领域的应用
6.1 引言
6.2 ZrP_2O_7粉末的抗烧结性能
6.3 多孔ZrP_2O_7陶瓷的表征
6.3.1 物相组成
6.3.2 孔隙率与微观形貌
6.3.3 结构稳定性
6.3.4 力学性能
6.3.5 热导率
6.3.6 介电性能
6.4 多孔ZrP_2O_7陶瓷在隔热材料领域的应用
6.5 小结
第7章 高熵固溶对TMP_2O_7陶瓷的热稳定性和热导率的影响
7.1 引言
7.2 物相组成和微观形貌
7.3 热稳定性
7.4 热导率
7.5 小结
第8章 高熵固溶对隔热材料的性能影响
8.1 引言
8.2 高熵固溶对隔热材料高温相稳定性的影响
8.2.1 物相组成和微观形貌
8.2.2 高温相稳定性
8.3 高熵固溶对隔热材料热导率的影响
8.3.1 物相组成和微观形貌
8.3.2 热导率
8.4 高熵固溶对隔热材料晶粒生长速率的影响
8.4.1 物相组成和微观形貌
8.4.2 晶粒生长速率
8.5 高熵固溶对隔热材料热膨胀系数的影响
8.5.1 物相组成和微观形貌
8.5.2 热膨胀系数
8.6 小结
第9章 结论
9.1 主要研究结果
9.2 主要创新点
9.3 展望
致谢
参考文献
附录
个人简历
在学期间发表的论文
参加学术会议
在学期间获得荣誉及奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-entropy(Y0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2Er0.2)AlO3: A promising thermal/environmental barrier material for oxide/oxide composites[J]. Zifan Zhao,Heng Chen,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Xiaohui Wang,Wei Xu,Kuang Sun,Zhijian Peng,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2020(12)
[2](La0.2Ce0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2)2Zr2O7:A novel high-entropy ceramic with low thermal conductivity and sluggish grain growth rate[J]. Zifan Zhao,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Zhijian Peng,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2019(11)
[3](TiZrHf)P2O7: An equimolar multicomponent or high entropy ceramic with good thermal stability and low thermal conductivity[J]. Zifan Zhao,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Zhijian Peng,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[4]A high entropy silicide by reactive spark plasma sintering[J]. Yuan QIN,Ji-Xuan LIU,Fei LI,Xiaofeng WEI,Houzheng WU,Guo-Jun ZHANG. Journal of Advanced Ceramics. 2019(01)
[5]Y5Si3C and Y3Si2C2: Theoretically predicted MAX phase like damage tolerant ceramics and promising interphase materials for SiCf/SiC composites[J]. Yanchun Zhou,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai. Journal of Materials Science & Technology. 2019(03)
[6]航天器高温热密封设计方法及性能评价[J]. 王振峰,高扬,徐晓亮,曹占伟,宫钇成,尘军. 宇航学报. 2018(07)
[7]空天飞行器用热防护陶瓷材料[J]. 陈玉峰,洪长青,胡成龙,胡平,李伶,刘家臣,刘玲,龙东辉,邱海鹏,汤素芳,张幸红,周长灵,周延春,朱时珍. 现代技术陶瓷. 2017(05)
[8]高超声速飞行器控制面动密封技术[J]. 王立研,王菁华,杨炳尉. 宇航材料工艺. 2016(03)
[9]高超声速飞行器陶瓷栅板式密封设计研究[J]. 薛俊川. 飞机设计. 2016(02)
[10]航天飞机及高超飞行器用刚性隔热材料研究进展[J]. 杨杰,隋学叶,刘瑞祥,周长灵,王重海. 现代技术陶瓷. 2015(03)
硕士论文
[1]磷酸铝胶粘剂的制备及力学性能研究[D]. 陈晓龙.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3194462
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 选题背景
1.2 隔热/热密封材料概述
1.2.1 大面积隔热材料
1.2.2 热密封陶瓷材料
1.2.3 环境障/热障涂层材料
1.3 隔热/热密封材料发展现状
1.3.1 大面积隔热材料发展现状
1.3.2 热密封陶瓷材料发展现状
1.3.3 环境障/热障涂层材料发展现状
1.4 本文主要研究内容
第2章 实验方法与设备
2.1 实验原料及设备
2.1.1 实验原料
2.1.2 实验设备
2.2 样品的制备
2.2.1 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的合成
2.2.2 ZrP_2O_7块体和β-Zr_2O(PO_4)_2块体的制备
2.2.3 多孔ZrP_2O_7陶瓷的制备
2.2.4 (TiZrHf)P_2O_7粉末的合成与烧结
2.2.5 (Y_(1/3)Yb_(1/3)Er_(1/3))_3TaO_7、(Y_(1/3)Yb_(1/3)Er_(1/3))_3NbO_7和(Sm_(1/6)Eu_(1/6)Y_(1/6)Yb_(1/6)Lu_(1/6)Er_(1/6))_3(Nb_(1/2)Ta_(1/2))O_7粉末的合成
2.2.6 (La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))PO_4粉末的合成
2.2.7 (La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2Zr_2O_7粉末的合成
2.2.8 (Y_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2)Er_(0.2))AlO_3粉末的合成
2.2.9 高熵稀土氧化物块体的制备
2.3 样品的表征
2.3.1 物相组成
2.3.2 微观形貌
2.3.3 密度和致密度
2.3.4 弹性模量
2.3.5 维氏硬度
2.3.6 力学强度
2.3.7 可加工性
2.3.8 热膨胀系数
2.3.9 热导率
2.3.10 抗热震性能
2.3.11 介电常数
2.3.12 化学相容性
第3章 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的合成和烧结
3.1 引言
3.2 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的合成机理
3.3 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的表征
3.4 ZrP_2O_7粉末和β-Zr_2O(PO_4)_2粉末的烧结
3.5 小结
第4章 ZrP_2O_7陶瓷和β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的力学性能
4.1 引言
4.2 ZrP_20_7的力学性能
4.2.1 力学性能参数
4.2.2 损伤容限
4.2.3 可加工性
4.3 β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的力学性能
4.3.1 力学性能参数
4.3.2 损伤容限
4.3.3 可加工性
4.3.4 抗损伤机理
4.4 小结
第5章 ZrP_2O_7陶瓷和β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的热学性能
5.1 引言
5.2 ZrP_2O_7的热学性能
5.2.1 热膨胀系数
5.2.2 热导率
5.2.3 热稳定性
5.3 β-Zr_2O(PO_4)_2陶瓷的热学性能
5.3.1 热膨胀系数
5.3.2 热导率
5.3.3 抗热震性能
5.4 小结
第6章 ZrP_2O_7的抗烧结性能及其在多孔隔热材料领域的应用
6.1 引言
6.2 ZrP_2O_7粉末的抗烧结性能
6.3 多孔ZrP_2O_7陶瓷的表征
6.3.1 物相组成
6.3.2 孔隙率与微观形貌
6.3.3 结构稳定性
6.3.4 力学性能
6.3.5 热导率
6.3.6 介电性能
6.4 多孔ZrP_2O_7陶瓷在隔热材料领域的应用
6.5 小结
第7章 高熵固溶对TMP_2O_7陶瓷的热稳定性和热导率的影响
7.1 引言
7.2 物相组成和微观形貌
7.3 热稳定性
7.4 热导率
7.5 小结
第8章 高熵固溶对隔热材料的性能影响
8.1 引言
8.2 高熵固溶对隔热材料高温相稳定性的影响
8.2.1 物相组成和微观形貌
8.2.2 高温相稳定性
8.3 高熵固溶对隔热材料热导率的影响
8.3.1 物相组成和微观形貌
8.3.2 热导率
8.4 高熵固溶对隔热材料晶粒生长速率的影响
8.4.1 物相组成和微观形貌
8.4.2 晶粒生长速率
8.5 高熵固溶对隔热材料热膨胀系数的影响
8.5.1 物相组成和微观形貌
8.5.2 热膨胀系数
8.6 小结
第9章 结论
9.1 主要研究结果
9.2 主要创新点
9.3 展望
致谢
参考文献
附录
个人简历
在学期间发表的论文
参加学术会议
在学期间获得荣誉及奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-entropy(Y0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2Er0.2)AlO3: A promising thermal/environmental barrier material for oxide/oxide composites[J]. Zifan Zhao,Heng Chen,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Xiaohui Wang,Wei Xu,Kuang Sun,Zhijian Peng,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2020(12)
[2](La0.2Ce0.2Nd0.2Sm0.2Eu0.2)2Zr2O7:A novel high-entropy ceramic with low thermal conductivity and sluggish grain growth rate[J]. Zifan Zhao,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Zhijian Peng,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2019(11)
[3](TiZrHf)P2O7: An equimolar multicomponent or high entropy ceramic with good thermal stability and low thermal conductivity[J]. Zifan Zhao,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai,Zhijian Peng,Yanchun Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[4]A high entropy silicide by reactive spark plasma sintering[J]. Yuan QIN,Ji-Xuan LIU,Fei LI,Xiaofeng WEI,Houzheng WU,Guo-Jun ZHANG. Journal of Advanced Ceramics. 2019(01)
[5]Y5Si3C and Y3Si2C2: Theoretically predicted MAX phase like damage tolerant ceramics and promising interphase materials for SiCf/SiC composites[J]. Yanchun Zhou,Huimin Xiang,Fu-Zhi Dai. Journal of Materials Science & Technology. 2019(03)
[6]航天器高温热密封设计方法及性能评价[J]. 王振峰,高扬,徐晓亮,曹占伟,宫钇成,尘军. 宇航学报. 2018(07)
[7]空天飞行器用热防护陶瓷材料[J]. 陈玉峰,洪长青,胡成龙,胡平,李伶,刘家臣,刘玲,龙东辉,邱海鹏,汤素芳,张幸红,周长灵,周延春,朱时珍. 现代技术陶瓷. 2017(05)
[8]高超声速飞行器控制面动密封技术[J]. 王立研,王菁华,杨炳尉. 宇航材料工艺. 2016(03)
[9]高超声速飞行器陶瓷栅板式密封设计研究[J]. 薛俊川. 飞机设计. 2016(02)
[10]航天飞机及高超飞行器用刚性隔热材料研究进展[J]. 杨杰,隋学叶,刘瑞祥,周长灵,王重海. 现代技术陶瓷. 2015(03)
硕士论文
[1]磷酸铝胶粘剂的制备及力学性能研究[D]. 陈晓龙.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3194462
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3194462.html
