学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Gr/Al-Mg复合材料抗热震与抗烧蚀性能研究

作　者: 姜鹤
导　师: 武高辉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 石墨渗轻金属复合材料 发汗冷却 抗热震性 抗烧蚀性
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 82次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文以复合材料抗烧蚀、抗热震为目标确定了复合材料组元,采用高纯石墨作为骨架,Al:Mg混合比为10:0、3:1、1:1、1:3和0:10的Al-Mg合金作为冷却剂,利用压力浸渗法制备了五种Gr/Al-Mg复合材料。利用光学显微镜、扫描电镜（SEM）、热膨胀分析仪、热导率测试仪等多种测试手段对复合材料的微观组织、力学及热物理性能进行了研究,并分析了相关的影响因素。利用氧乙炔烧蚀试验考察了复合材料的抗热震性及抗烧蚀性,建立了复合材料热传导模型和机械冲刷模型,理论上推导分析了复合材料冷却剂发汗量和所受冲刷量,进而分析了复合材料质量烧蚀率的影响因素。五种石墨渗金属防热复合材料的抗弯强度和导热系数随冷却剂中Mg含量的增多呈近抛物线形式变化;弹性模量随冷却剂中镁含量的增加逐渐下降;Gr/Al的线膨胀系数最低,Gr/Mg的最高,冷却剂为合金的不单纯依赖于Al/Mg比例的变化。根据国家军用标准GJB323A-96进行了氧乙炔火焰烧蚀试验,在加热和冷却过程中没有出现崩裂现象,复合材料表面也没有宏观裂纹产生,均具有良好的抗热震性。对热场和热应力场的数值模拟结果表明:加热过程中,前10s内,试样内部温度变化剧烈,2s时热应力达峰值。15s后基本转变为稳态温度场,热应力场逐渐减小。Gr/50Al-50Mg内的热应力场最大,且强度低;Gr/Al的热应力场最小,且材料强度最高,因此Gr/Al抗热震性最优。复合材料的烧蚀产物为Al2O3、MgO或其混合物,烧蚀件剖面冷却剂的成分呈梯度分布。复合材料的质量烧蚀率在10-4g/s量级。随烧蚀时间的延长和冷却剂中铝镁含量比例逐步接近1:1,质量烧蚀率逐渐降低。本研究中的Gr/50Al-50Mg复合材料烧蚀30s的抗烧蚀性最强。复合材料的烧蚀机制为金属相的熔化蒸发相变、热化学烧蚀和陶瓷相的机械冲刷。针对三种烧蚀机制,对复合材料质量烧蚀率进行理论推导,结果表明:复合材料发汗量随冷却剂相变点的升高而减小;热化学烧蚀量由初始的速率控制逐步转为扩散控制;冲刷量随冷却剂熔点的升高和熔融液面粘度系数的增加而减小。理论推导结果与试验测量结果相吻合。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景及意义  9
  1.2 发汗式防热复合材料的研究现状  9-15
    1.2.1 钨渗铜复合材料  10-11
    1.2.2 石墨渗铜复合材料  11-12
    1.2.3 TiB_2/Cu 复合材料  12-14
    1.2.4 石墨渗铝复合材料  14-15
  1.3 防热材料抗热震性能研究进展  15-17
  1.4 防热材料烧蚀性能研究进展  17-18
  1.5 本文的主要研究内容  18-19
第2章 试验材料与试验方法  19-25
  2.1 试验用材料  19-20
  2.2 试验方法  20-25
    2.2.1 复合材料组织观察  20
    2.2.2 复合材料弯曲性能测试  20-21
    2.2.3 复合材料热膨胀系数测试  21-22
    2.2.4 复合材料热导率测试  22-23
    2.2.5 XRD 物相分析  23
    2.2.6 氧乙炔烧蚀试验  23-24
    2.2.7 有限元数值模拟  24-25
第3章 复合材料的设计制备及性能  25-39
  3.1 引言  25
  3.2 复合材料的设计  25-28
    3.2.1 发汗防热复合材料的要求及选择依据  25-27
    3.2.2 原材料的选择  27-28
  3.3 复合材料的制备  28-29
    3.3.1 复合材料的制备  28-29
    3.3.2 复合材料的金相组织  29
  3.4 复合材料的基本性能  29-38
    3.4.1 复合材料力学性能  31-34
    3.4.2 复合材料热物理性能  34-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章 复合材料抗热震性能评价  39-54
  4.1 引言  39
  4.2 复合材料抗热震性能评价  39-40
  4.3 冷却剂对复合材料抗热震性能的影响  40-53
    4.3.1 非稳态温度场的数值模拟  40-45
    4.3.2 冷却剂成分对非稳态温度场的影响  45-47
    4.3.3 非稳态热应力场的数值模拟  47-51
    4.3.4 冷却剂成分对非稳态热应力场的影响  51-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 复合材料烧蚀性及抗烧蚀机理  54-79
  5.1 引言  54
  5.2 烧蚀试验及烧蚀条件  54-55
  5.3 烧蚀产物及烧蚀形貌分析  55-62
    5.3.1 复合材料烧蚀产物XRD 分析  55-57
    5.3.2 复合材料烧蚀形貌SEM 分析  57-62
  5.4 复合材料烧蚀机理分析  62-66
    5.4.1 复合材料的烧蚀过程  62-64
    5.4.2 复合材料的烧蚀机制  64-66
  5.5 复合材料抗烧蚀性的理论计算与分析  66-77
    5.5.1 复合材料的质量烧蚀率  66-68
    5.5.2 复合材料烧蚀模型的建立  68-71
    5.5.3 复合材料的相变量  71-73
    5.5.4 复合材料的热化学烧蚀量  73-74
    5.5.5 复合材料的冲刷量  74-77
  5.6 本章小结  77-79
结论  79-80
参考文献  80-86
攻读硕士学位期间发表的论文  86-87
致谢  87

相似论文

  1. 原位合成莫来石晶须韧化微波冶金用刚玉—莫来石耐火材料的研究,TQ175.6
  2. 塑性结合相对刚玉—莫来石复合材料性能的影响,TQ175.1
  3. 无压烧结碳化硅基复合陶瓷的力学与抗热震性,TQ174.1
  4. SiC高发射率涂层的制备及性能表征,V261.933
  5. 等离子喷涂法制备铝基体梯度陶瓷涂层的组织及性能研究,TG174.442
  6. SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的制备及力学性能研究,TB332
  7. 太阳能热发电输热管道材料的研究,TQ174.1
  8. 氧化铝基体喷涂Y-ZrO_2制备工艺及多层复合材料性能研究,TQ174.1
  9. ZrSiO_4的加入对致密氧化铬砖性能的影响,TQ175.1
  10. 低膨胀Al_2O_3-MgO-TiO_2材料的合成及其对Al_2O_3-C质材料结构和性能的影响,TQ175.1
  11. 炉外精炼用无铬材料的研究,TQ175.1
  12. 添加剂对Al_2O_3-ZrO_2-C质浸入式水口性能的影响,TQ175.1
  13. 钛酸铝材料的制备及其改性,TQ174.6
  14. 添加物对莫来石—刚玉窑具结构和性能的影响,TQ174.6
  15. 抗热震陶瓷制备技术及应用研究,TQ174
  16. 直接结合镁铝砖的研究,TQ175
  17. 先驱体转化制备C_f/SiC复合材料工艺与性能的研究,TB332
  18. 先进陶瓷材料的强韧性及抗热震性研究,TQ174
  19. 莫来石-刚玉质抗热震复相陶瓷的研究,TQ174
  20. 莫来石—刚玉高温窑具组成、结构与性能研究,TQ175

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
© 2012 www.xueweilunwen.com