《氧化物基熱密封材料的高溫彈性模量與變形行為研究》是依託天津大學，由劉家臣擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氧化物基熱密封材料的高溫彈性模量與變形行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉家臣
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對熱密封材料的高溫彈性變形，提出材料組元（顆粒、纖維、氣孔等）分布、自身變形和組元間結合狀態是其主要影響因素的構想，區別於以原子間結合為主導進行彈性模量計算或模型分析的傳統方法，在低應力、高溫狀態下，研究微結構形式變化對材料彈性模量及其變形規律的影響。基於不同氧化物基熱密封材料體系，通過設計高溫壓縮-回彈動態試驗裝置，結合高溫力學性能測試，研究溫度-載荷-時間-變形關係；結合不同條件下的材料結構分析，獲得高溫狀態彈性變形與組元自身變形、界面結合變化、原子間結合等因素的相互關係，弄清不同溫度下彈性變形的控制因素或制約次序，探索氧化物基熱密封類材料高溫彈性模量本質及其彈性變形規律，為國家先進太空飛行器熱密封設計和套用提供依據。
結題摘要
耐高溫隔熱材料是飛行器熱防護系統的重要組成部分。高超聲速飛行器在穿越大氣層過程中會遭遇高溫極端環境，機身表面的高溫隔熱組件會因熱膨脹而產生極大應力。這種熱應力會導致隔熱組件開裂，從而引發隔熱系統的熱密封失效，進而嚴重威脅飛行器的安全飛行。針對上述熱密封失效問題，基於莫來石纖維材料為主，兼顧氧化鋁-氧化鋯非晶陶瓷和莫來石塗層-莫來石編織材料三類典型的氧化物基熱密封材料，研究了材料溫度-載荷-變形的關係，結合不同條件下的材料結構分析,闡明了不同溫度狀態彈性變形與組元自身變形、界面結合變化、原子間結合等因素的相互關係。研究表明，莫來石纖維基陶瓷，其彈性模量主要取決於結點結合強度、纖維體積分數和纖維長徑比，莫來石原子間作用力只通過影響纖維不同溫度下的纖維自身變形起到微弱的影響；非晶氧化鋁-氧化鋯陶瓷變形的兩種重要機制是剪下帶和結構緻密化，其中剪下帶在非晶陶瓷變形中起到絕對主導作用，其形成原因是由於自由體積為剪下應力作用下大量原子的定向躍遷提供了足夠的空間，隨後形成剪下轉變區域；莫來石-莫來石編織材料的彈性變形主要取決於編織體的編織體積分數和編織方式。這些氧化物基熱密封材料不同溫度範圍的彈性本質及其變形規律，為國家先進太空飛行器熱密封設計和套用提供依據。
