陶瓷熱衝擊裂紋演化與其殘餘強度內在關聯的實驗研究

《陶瓷熱衝擊裂紋演化與其殘餘強度內在關聯的實驗研究》是依託中國科學院力學研究所，由許向紅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：陶瓷熱衝擊裂紋演化與其殘餘強度內在關聯的實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：許向紅
• 依託單位：中國科學院力學研究所

項目摘要

抗熱衝擊性能是衡量陶瓷材料作為高溫工程結構材料的關鍵指標之一，直接關係到陶瓷優異的高溫性能在工程套用中能否得到充分發揮。研究陶瓷材料的熱衝擊損傷機制以提高其抗熱衝擊性能，具有重要的學科研究價值和廣闊的工業套用前景。本項目以直接實驗觀測和分析工程典型陶瓷材料Al2O3遭遇熱衝擊瞬間的裂紋萌生和演化過程為基礎和切入點，揭示材料的熱衝擊損傷機制，闡明陶瓷的熱衝擊裂紋特徵和殘餘強度隨熱衝擊溫度的變化規律，將熱衝擊裂紋演化特徵引入陶瓷材料的抗熱衝擊評價理論，為提高陶瓷材料的抗熱衝擊性能提供理論依據和技術指導。

結題摘要

以提高高超聲速飛行器關鍵部位材料的抗熱衝擊性能為背景，本項目研究了陶瓷熱震損傷失效特徵及其機理這一基礎科學問題。主要結果：實驗研究了Al2O3陶瓷條狀試樣水淬後的裂紋深度、密度、長短分級和分叉等隨熱震溫度的變化規律，澄清了陶瓷熱衝擊領域關於熱震裂紋特徵的不確定性問題；實驗研究了Al2O3陶瓷板狀試樣震後網狀裂紋隨熱震溫度的變化關係，定量表征了網狀裂紋的疏密和粗細變化特徵，以期為久已失傳的哥窯古瓷釉面裂紋製造工藝的研究提供一定的借鑑；實驗研究了不同寬度條/板狀Al2O3陶瓷試樣的熱震裂紋隨試樣寬度的變化規律，提出了條/板狀試樣熱震裂紋深度尺寸效應的理論預測模型，為基於小尺寸試樣實驗研究的實驗室研究成果用於工程實際提供了思路；製備了不同晶粒尺寸的Al2O3陶瓷材料，研究了晶粒尺寸對陶瓷材料的臨界熱震溫差、熱震殘餘強度和熱震裂紋特徵的影響機制，為提高陶瓷材料抗熱震性能的微結構設計提供了設計思路；建立了陶瓷熱震裂紋演化的統計細觀損傷模型，模擬了陶瓷薄片水淬條件下的裂紋萌生和擴展過程，模擬結果與實驗結果較為吻合，闡明了熱震裂紋呈現長短分級且長短間隔分布的形成機制。