基于SiC晶体材料的非侵入式测温技术研究

摘要

航空发动机是飞机的心脏，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。它的研制是一项复杂的系统性工程，涉及到空气动力学、传热传质学、结构强度、以及试验和测试技术等多个学科。温度测量是航空发动机研制中的一项主要试验测试内容，其中航空发动机高温测量和转动件测温是温度测量的主要难题。一些资料中提到国外研究了一种新型的SiC晶体测温技术，可以解决这一难题。由于涉及军事技术的封锁我国尚未掌握该技术，为此我们开展了基于SiC晶体材料的测温技术研究，研究结果如下:
　　1.新型的SiC晶体测温技术是基于SiC晶体受中子辐照产生的缺陷在退火过程中有规律回复的原理。我们所研究的这种测温方法不同于常规的测温方法，它是一种非侵入式测量方法，能解决航空发动机高温部件和转动件温度测量的难题。
　　2.研究测温用SiC晶体材料的选取方法。提出了使用6H-SiC作为测温晶体的材料，实现测温晶体材料的国产化。中子辐照产生的缺陷浓度与SiC晶体生长过程中形成的原始缺陷有关，因此要求在6H-SiC晶体生长时掺杂以提高原始缺陷，实现SiC晶体中子辐照时提高缺陷浓度，从而使SiC晶体测温的测温范围提高到1600℃，高于国外的1400℃。
　　3.使用核裂变反应堆的中子源实现6H-SiC晶体的中子辐照，6H-SiC晶体辐照损伤后产生大量的晶体缺陷，通过四种材料分析测试方法验证晶体缺陷的大量产生。
　　4.研究SiC晶体测温的温度判读方法。分析比较四种材料分析测试方法，提出了SiC测温晶体温度判读的XRD法，通过退火实验和分析测试得出SiC测温晶体的晶面间距d和半高宽FWHM与晶体退火温度的规律性关系，其中半高宽FWHM参数表征的测温范围是600～1600℃，更适合于航空发动机的高温测量，并且准确性更高。提出了6H-SiC测温晶体的温度校准标定方法，通过温度校准标定建立了SiC晶体测温的温度定标曲线，作为本课题研究的6H-SiC测温晶体的温度判读标准。
　　5.通过晶体测温应用试验，在某航空发动机涡轮叶片壁温的测试试验中，验证了SiC测温晶体在航空发动机测温中的工程实用性。
　　新型的SiC晶体测温技术，它是一种非侵入式的测温方法，具有微尺寸、微重量、无引线的优点，我们的研究成果突破国外对晶体测温技术的封锁，并将测试温度提高到1600℃，为我国航空发动机研制提供一种先进的测温手段。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 测温技术的现状和发展趋势

1．3 课题来源和主要研究内容

第二章 SiC晶体的性质、缺陷及分析方法

2．1 SiC的基本性质

2．2 晶体材料的缺陷

2．3 SiC晶体的材料分析方法

第三章 SiC测温技术及试验

3．1 SiC晶体测温原理

3．2 测温晶体的材料选取

3．3 中子辐照与缺陷回复

3．4 测温晶体的温度判读

3．4．1 测温晶体的分析方法

3．4．2 测温晶体的表征参数

3．4．3 测温晶体的定标曲线

3．5 测温晶体的应用试验

3．5．4 试验方案

3．5．5 试验实施

3．5．6 数据分析

第四章 工作总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢