《ZrB2/SiC梯度熱防護塗層的設計、製備及失效評估》是依託清華大學，由張國兵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：ZrB2/SiC梯度熱防護塗層的設計、製備及失效評估
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張國兵
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高超飛行器、空天飛機等的出現對碳/碳高溫結構材料的高溫長時熱防護提出了嚴峻的挑戰，急需研發能在高溫有氧環境下長時間具備高抗蝕損和高強度性能的燒蝕防護塗層。本項目針對碳/碳複合材料在高溫（超高溫）有氧環境中嚴重的氧化/燒蝕和性能劣化，在有限元結構最佳化基礎上，擬通過漿料浸漬刷塗後燒結方法和梯度複合新技術設計製備ZrB2/SiC梯度熱防護塗層，有望為碳碳複合材料的高溫長時熱防護提供新的解決途徑。在此基礎上，採用數值模擬、理論分析和實驗驗證相結合的方法系統研究ZrB2/SiC梯度塗層在模擬工況環境下的強度、曲率、應力應變特徵以及各梯度層的結構演變規律和損傷失效特徵，揭示抗燒蝕塗層的熱力破壞準則和失效機制，為ZrB2/SiC梯度抗燒蝕塗層的壽命預測、工程套用和性能提升提供技術積累與理論依據。
結題摘要
高超飛行器、空天飛機等的出現對碳/碳高溫結構材料的高溫長時熱防護提出了嚴峻的挑戰，急需研發能在高溫有氧環境下長時間具備高抗蝕損和高強度性能的燒蝕防護塗層。本項目針對碳/碳複合材料在高溫（超高溫）有氧環境中嚴重的氧化/燒蝕和性能劣化，在有限元結構最佳化基礎上，通過漿料浸漬刷塗後燒結方法和梯度複合新技術設計製備了ZrB2/SiC梯度熱防護塗層，有望為碳碳複合材料的高溫長時熱防護提供新的解決思路。項目首先通過單一均質塗層對應塊體材料的製備和性能表征獲得了梯度結構設計的力學實測參數，並以此為基礎，通過有限元分析梯度塗層殘餘熱應力分布特徵獲得了最佳化的疊層數、疊層成分分布指數、梯度層厚度等梯度結構設計參數。進行了刷塗漿料的調製，優選了陶瓷組元顆粒度、分散劑、粘結劑及固液相配比，並通過鹼性條件下球磨分散的方法實現了均勻穩定、塗覆性良好漿液的製備，同時通過活性組元的引入，一方面改善了塗層的燒結緻密性和同基體的結合性，另一方面，通過活性組元在界面處的擴散滲透模糊淡化了梯度層界面，使梯度層組分過渡趨向連續，獲得了最佳化的塗層製備工藝參數。所得ZrB2/SiC梯度塗層在設計工況環境下抗氧化性能良好，並對其在熱力耦合條件下的基體與塗層的結構演變和失效破壞特徵進行了關聯分析，可為ZrB2/SiC梯度抗燒蝕塗層的壽命預測、工程套用和性能提升提供一些技術積累與理論依據。項目申請發明專利一項，正在整理待發表文章一篇。
