超高溫陶瓷材料催化特性及機理研究

《超高溫陶瓷材料催化特性及機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由張幸紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超高溫陶瓷材料催化特性及機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張幸紅

項目摘要

鑒於非燒蝕型防熱材料表面催化特性對飛行器表面氣動加熱、抗氧化性、能量傳導與耗散效率等方面的重要性，本項目開展超高溫陶瓷材料表面催化特性的試驗研究，通過理論、試驗與計算相結合的方法建立超高溫陶瓷材料表面催化特性測試系統、試驗技術和數據處理方法，獲得超高溫陶瓷材料表面催化特性，研究催化複合效率對氣動加熱的影響及天地換算技術，為熱防護系統的最佳化設計提供材料催化特性數據和理論基礎；弄清超高溫陶瓷材料的表面催化機理，獲得降低催化複合效率的途徑，為非燒蝕型防熱材料的性能的改進提供理論指導。

結題摘要

本課題以高超聲速飛行器頭錐、翼前緣等關鍵熱端部件對超高溫陶瓷材料的需求為背景，開展了超高溫陶瓷材料在模擬高焓、低壓、化學非平衡流的服役環境下表面催化效應的研究，並在超高溫陶瓷材料表面催化特性的表征、催化機理的揭示等科學問題的基礎理論和實驗創新上獲得了顯著的成果。通過2011至2013年三年的實驗和基礎理論研究，自主搭建了催化實驗地面評價設備；發展了基於熱平衡原理的壁面溫度回響法和基於電漿光譜診斷技術的光化學法，實現了超高溫陶瓷材料表面催化特性的定性和定量表征；同時利用電漿風洞，通過流場診斷結合數值模擬的方法分析了超高溫陶瓷材料對流場的熱回響，並計算了材料的催化再結合係數；揭示了不同材料組分、表面微結構等材料特徵參數及表面溫度、氣體壓力等環境特徵參數對超高溫陶瓷材料表面催化特性的影響規律；探討了超高溫陶瓷材料的高溫氧化行為對其表面催化效應的影響，明確了材料對流場的熱回響是氧化、催化、輻射等共同作用的結果；揭示了氣相原子與材料表面在分子尺度上催化再結合反應過程，研究了不同反應機制下材料催化特性及材料催化再結合係數和氣體壓力、溫度之間的定量關係；通過實驗評價、仿真模擬和理論分析相結合的方法揭示了超高溫陶瓷材料催化反應機理，為非燒蝕型熱防護材料設計、組分優選及氣動熱載荷的精確預測提供理論基礎和技術支撐。