超高温试验温度与应变测量及硼化锆基陶瓷力学特性测试

摘要

超高温陶瓷材料通常由一系列第三和第四副族过渡金属的硼化物、碳化物和氮化物组成。它们的熔点一般在3000℃以上。在超高温陶瓷材料中，ZrB2表现出独特的化学稳定性、高电导率、高热导率和抗腐蚀性能，能够适用于航空航天领域的极端化学和温度环境。
　　超高温陶瓷的热-力学性能测试对其应用非常重要，然而，目前相应的测试装置尚十分匮乏。目前已经自主研发了一台能够满足需求的测试装置，但与温度测量和应变测量相关的两大关键问题还未解决。在本文中，为了解决这两个问题，我们初步探索了超高温下的温度和应变测量方法及其相应的测量仪器。
　　本文探索的温度测量方法融合了工业相机和双色测温仪，实现了测试试件感兴趣部分表面温度分布的重建。在该方法中，首先建立了温度和灰度的函数关系，该函数关系中的参数可通过一次试验得到的温度和灰度数据确定。利用该关系，整个温度分布就可由相机采集的灰度图重建得到。
　　传统的应变测量方法难以应用于超高温环境。一种非接触式、应用于超高温下试件轴向变形测量的视频引伸计方法被提了出来。该方法中，在测试试件上设计了一些特殊标记点，通过工业相机和相关算法的处理，实时跟踪标记点位置，确定标距的变化，从而得到轴向变形。
　　为了研究拉伸预应力对 ZrB2-SiC-graphite试件残余弯曲强度和热疲劳寿命的影响，进行了热震和热疲劳试验。对于不同拉伸预应力下的循环热震试验，测量了经历10次和30次室温至2000℃之间热循环之后的试件残余弯曲强度。结果表明，经历10次热震循环后，试件的残余弯曲强度在不同拉伸预应力下并未表现出明显变化。但在30次热震循环的情况下，残余弯曲强度表现出明显的降低。
　　在热疲劳试验中，不同拉伸预应力下的试件经历25℃至2000℃之间的热循环直至断裂。结果表明，热疲劳寿命随着施加的拉伸预应力增加而显著降低。在不同拉伸预应力下，断口的SEM金相图也显示出不同形貌，暗示了不同的断裂形式。另外，也进行了不同拉伸预应力下，试件经历25℃至2200℃之间热循环的热疲劳试验，尽管热疲劳寿命表现出同样的趋势，但热疲劳寿命急剧降低，这可能归因于超高温下材料承载能力的降低。

目录

1 绪 论

1.1研究背景及现状

1.2本文研究内容

2 超高温陶瓷力学性能测试系统

2.1引言

2.2超高温陶瓷力学性能测试系统介绍

2.3试验使用的超高温陶瓷材料

2.4小结

3 融合双色测温仪和工业相机的温度场测量

3.1引言

3.2温度测量方法介绍

3.3试件表面温度场的确定

3.4小结

4 高温视频引伸计应变测量方法

4.1引言

4.2方法介绍

4.3测量结果

4.4小结

5 预载下的循环热震和热疲劳试验

5.1引言

5.2预载下ZrB2-SiC-Graphite材料的循环热震试验

5.3预载下的ZrB2-SiC-Graphite材料的热疲劳试验

5.4小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目