硼化锆-碳化硅基超高温陶瓷低氧分压下氧化行为研究

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发表于 2022-4-10 08:53:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
由于近空间飞行器和超高声速飞行器热防护系统发展的需求,超高温陶瓷近来被广泛研究。硼化锆-碳化硅陶瓷因具有高熔点(>3000 ℃),相对较低的密度(6.09 g/cm3),优异的高温机械性能等被看作最有应用前景的超高温陶瓷。然而高温抗氧化性能是限制硼化锆-碳化硅基超高温陶瓷广泛应用的主要因素,对其高温氧化行为的研究将有助于推动材料实际应用。虽然对于硼化锆-碳化硅体系已有广泛的研究,由于氧化过程中涉及复杂的物理化学变化,所以仍存在大量科学题目亟待解决。此外,因其独特的服役环境决定了其氧化行为不同于一般环境下的陶瓷材料,然而关于材料在近空间环境中的氧化行为及氧化机制仍不清楚。本论文针对硼化锆-碳化硅陶瓷材料的高温氧化题目,以材料常压氧化行为为基础,分别分析了近空间独特的低氧分压下和低总压下氧化过程中材料的微观结构演变过程,并采用热力学和动力学方法揭示了材料氧化的机制,探讨了影响材料低氧分压和低总压下氧化行为的因素。通过控制氮气和氧气的流量比来获得期望的氧分压和总压,对材料在低氧分压下的氧化行为进行了深入研究,研究中采用XRD,SEM,EDS对试样进行相关表征和测试,探讨了总压、氧分压及材料化学组成对材料在低氧分压下氧化行为的影响。研究结果表明氧分压对材料的氧化行为具有显著的影响。随着氧分压的降低,材料ZrB2-SiC的高温抗氧化性能增强,并且低氧分压下SiC的活性氧化加剧;通过对不同氧分压下样品单位面积质量变化曲线进行分析,获得了低氧分压下硼化锆-碳化硅陶瓷的氧化动力学参数,结合其氧化后的表面和断面结构,分析表明当氧分压在1 kPa-1.5 kPa之间,材料动力学过程由反应控制机制向扩散控制机制转变。进一步研究发现,在低氧分压下材料的化学组成显著影响ZrB2-SiC陶瓷的氧化行为。氧分压是决定SiC氧化形式的主要因素;常压下SiC含量增大有助于改善材料的抗氧化性能,低氧分压下恰好相反。另外,研究发现在低总压下,ZrB2-SiC复合陶瓷材料的抗氧化性能随着总压的降低而减弱。常压下高SiC含量可以提高ZrB2-SiC材料的抗氧化性能,但是在低总压下高SiC含量不利于材料的抗氧化性能;根据材料氧化后质量增量和氧化层厚度随时间的变化证实ZrB2-SiC材料在低总压下,整个动力学过程符合抛物线规律。





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