《藍寶石單晶熱衝擊抗力的實驗與理論表征研究》是依託哈爾濱工業大學，由許承海擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：藍寶石單晶熱衝擊抗力的實驗與理論表征研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：許承海
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
藍寶石單晶因其具有優異的光、熱、力學性能，而成為高溫、高速粒子沖刷、腐蝕等惡劣環境下高速飛行器多光譜寬波段整流罩/紅外視窗的首選材料。當飛行器在大氣層內高速飛行時，視窗與大氣來流之間發生劇烈的相互作用，氣動熱流可使壁面溫度在數秒內驟升數百度乃至上千度，形成熱衝擊。因此，基於高超聲速、高機動、長時間服役環境的藍寶石視窗在高溫和複雜載荷作用下如何保持其結構完整性是一個十分重要的科學問題。內容涵蓋兩個層次上的問題，首先材料抵抗熱衝擊損傷形成的能力，然後是形成的熱衝擊損傷在高溫和複雜載荷下的演化問題。.本項目計畫以自主智慧財產權SAPMAC法生長的藍寶石單晶為對象，建立藍寶石單晶熱衝擊抗力的實驗和理論表征方法，研究晶體本徵缺陷和經歷熱衝擊後產生的損傷在外載荷下的演化規律，找到影響藍寶石單晶熱衝擊抗力的主要控制因素，建立合理的熱衝擊抗力表征參數，為提高藍寶石整流罩/紅外視窗部件的可靠性奠定研究基礎。
結題摘要
本項目研究的目標是以自主智慧財產權冷心放肩微量提拉法（SAPMAC）生長的藍寶石單晶為對象，建立藍寶石單晶熱衝擊抗力的實驗和理論表征方法，研究晶體本徵缺陷和經歷熱衝擊後產生的損傷在外載荷下的演化規律，找到影響藍寶石單晶熱衝擊抗力的主要控制因素，建立合理的熱衝擊抗力表征參數，為提高藍寶石整流罩/紅外視窗部件的可靠性奠定研究基礎。SAPMAC法因其具有晶體生長過程中晶體內熱應力小、界面抗擾動能力強、相對成本低等特點，較適合用來生長大尺寸、高質量藍寶石單晶；實驗室採用該方法實現了直徑240~300mm藍寶石單晶的人工生長，晶體衍射峰峰形尖銳、FHWM值僅為11arcsec，缺陷密度在102/cm2水平，純度高於99.995%；晶體有著良好的透波率(3μm，80%~86%)，並且隨著溫度的增大，尤其在波長大於 4μm的接近吸收帶區，透波率急劇下降；室溫雙軸強度均值為 855MPa，高溫雙軸強度在600℃急劇下降(僅為20％左右)，研究表明其與中溫區域(400~800℃)藍寶石晶體孿晶變形機制 相關。基於氧-乙炔火焰技術搭建了紅外視窗快速升溫熱衝擊實驗平台，建立了藍寶石單晶熱衝擊抗力實驗與理論表征方法，給出了試樣尺寸、熱流、載入時長等參數對藍寶石晶體熱衝擊特性的影響規律；探討了藍寶石單晶強化改進方法與機制, 研究表明中子輻照強化後藍寶石晶體紅外透過率仍能保持在80%以上、600℃彎曲強度提高了104%，抗熱致破壞溫度由200℃提高至600℃，有效地改善了藍寶石晶體抗氣動熱/力失效性能。
