超高温陶瓷

摘要： 超高温多孔陶瓷既有超高温陶瓷耐高温、抗氧化/烧蚀、无固态相变的优异特性,又有多孔陶瓷体积密度小、导热系数低的优点,有望成为极端环境下高温隔热、高温腐蚀性气体过滤及高温太阳能吸收等应用的候选材料。按成孔原理的不同,超高温多孔陶瓷的制备方法有部分烧结法、模板复制法、牺牲模板法、冷冻浇注法、直接发泡法和溶胶⁃凝胶法。用部分烧结法制得的超高温多孔陶瓷力学性能优异,但气孔率低且孔结构难以控制;模板复制法制得的陶瓷材料气孔率高,但其气孔结构取决于模板的气孔结构,可设计性较差;牺牲模板法制得的陶瓷材料气孔大小和形貌可控,但气孔分布均匀性差;冷冻浇注法具有高效、低成本等优点,制得的陶瓷材料气孔率高,但用有机溶剂为冷冻介质时,对环境有危害;直接发泡法制得的陶瓷材料气孔率高,孔结构缺陷少,但发泡过程难以控制,对工艺要求较高;溶胶⁃凝胶法制备的陶瓷材料气孔率高,导热系数低,但强度低,且制备成本较高。本文介绍了超高温多孔陶瓷材料的制备方法、性能及应用前景,总结了超高温多孔陶瓷制备方法的优缺点,分析了超高温多孔陶瓷材料面临的问题并展望其前景,以期为制备超高温多孔陶瓷材料提供参考。

摘要： 聚合物先驱体转化法是制备超高温陶瓷的重要方法之一,它立足于元素有机聚合物的分子结构设计与可控构筑,实现对转化所得陶瓷微观结构与宏观性能的调控。具有单一分子结构与良好线性度的难熔金属聚合物,在转化制备超高温陶瓷尤其是连续超高温陶瓷纤维方面具有显著优势。系统总结了超高温陶瓷性能对难熔金属聚合物组元与分子结构的设计要求,综述了国内外难熔金属聚合物转化制备超高温陶瓷的最新研究进展与趋势,尤其是较为全面地总结了难熔金属聚合物的分子链构筑与调控方法,以期促进超高温陶瓷研发,推动超高温陶瓷在航空航天、核能等领域的应用。

摘要： 微波技术的进步促进了电磁防护技术的发展。吸波材料可以将过剩的电磁辐射以热量形式耗散,因此受到了广泛关注。面对复杂的电磁环境,寻找在1~18 GHz频段内兼具强吸收和宽频吸收性能的吸波材料具有重要意义。目前,吸波材料的设计方法主要包括制备纳米复相材料和掺杂改性。通过将介电损耗型和磁损耗型的材料在纳米尺度复合可以实现两种损耗机制的耦合,但制备工艺复杂、纳米填料分散性难以精确控制、高温热稳定性及抗氧化性差等问题是制约纳米复相材料应用的主要因素。超高温陶瓷具有高温热稳定性及抗氧化性好等优点,但阻抗匹配差使其难以作为吸波材料应用。通过设计和制备含有磁性组元的高熵陶瓷可以使超高温陶瓷材料兼具宽频吸收和强吸收的高效吸波性能。采用高熵设计方法可以同时调节导电性和增强磁损耗能力,为导电性良好的介电型吸波材料提供了调控阻抗匹配的新思路。

摘要： 超高温陶瓷具有高熔点、高热导率、抗氧化烧蚀等优异性能,是可重复使用的高超声速飞行器防热部件的重要候选材料之一。利用高压技术制备出了高致密超高温陶瓷ZrB_(2)-ZrC复合材料。通过调控合成条件和原料配比,研究了合成压力和烧结助剂ZrC对复合材料抗热烧蚀性能的影响规律。结果表明:在压力3.2 GPa、温度950°C的条件下制备出的ZrB_(2)-ZrC复合材料的致密度达到95%以上,该复合材料在1600°C烧蚀下的最优质量烧蚀率为17μg/s,在2000°C下的最优质量烧蚀率为30μg/s;在合成压力为2.9 GPa、温度为950°C的条件下,改变烧结助剂ZrC的含量可以影响复合材料的热烧蚀性能。其中,当ZrB_(2)与ZrC的摩尔比为8∶1时,制备的ZrB_(2)-ZrC复合材料经1600°C烧蚀后的质量烧蚀率达到最低值(35μg/s)。

摘要： 碳基复合材料(C/C、C/SiC)具有高比强度、高比模量、低密度、低热膨胀系数、耐腐蚀、耐热震的优良高温力学性能,被认为是最有前景的高温结构材料之一。但碳基复合材料一般在500°C开始发生氧化,而且存在较大孔隙率,无法实现高压密封,这极大地限制了碳基复合材料应用前景。在高温高压气流冲刷环境下,超高温陶瓷基保护涂层可以有效地抑制碳基复合材料(C/C、C/SiC)中碳成分的降解,工件在极端环境下可以更加稳定地工作,延长使用寿命。其中碳化铪(HfC)的熔点高达3890°C,为已知单一化合物中熔点最高者,热导率仅为5.6 W/(m·K),维氏硬度高达26 GPa,耐烧蚀性好,同时还具有低导热系数、低氧扩散系数、低表面蒸汽压。作为火箭喷嘴和鼻锥等极端耐热部件的抗氧化烧蚀涂层已获得应用。综述了超高温陶瓷HfC涂层材料的研究背景、基本性质、制备工艺、抗氧化/烧蚀机理和热膨胀系数(CTE)失配问题,并指出了超高温陶瓷HfC涂层材料目前存在的挑战,同时对未来的发展趋势做出了展望。

摘要： 针对太空中碎片高速撞击航天器的问题进行研究,提出了基于J-H模型对球形弹丸高速撞击陶瓷板的局部穿孔行为进行数值模拟,利用ANSYS-AUTODYN动力学程序得出高速撞击超高温陶瓷靶板后的应力云图和损伤云图,由此可知,随着弹丸速度的增大,靶板内最大应力随之减小,但应力集中范围随着速度的增大而增大,板靶内温度应力增加,损伤区域直径也随之增大。且陶瓷破碎后形成的碎片云在速度很小时呈椭球状,随着速度增大碎片云趋向于圆形。

摘要： 在服役环境中,超高声速飞行器表面与空气剧烈摩擦导致温度极高.超高温陶瓷相较于一般陶瓷而言具有高熔点和良好的抗氧化烧蚀性能,是目前极具前景的热防护材料之一.采用放电等离子两步烧结工艺将ZrB2纳米粉末和SiC粉末在1700°C下制备超高温陶瓷材料ZrB2-20％SiC,通过纳米压痕微观实验、三点弯实验研究其力学性能及其在高温环境下的氧化行为,着重分析1000、1200、1400和1600°C4种不同氧化温度下ZrB2-20％SiC超高温陶瓷的氧化表面、氧化截面和氧化层厚度.结果表明:ZrB2-20％SiC超高温陶瓷的硬度为18 GPa,弹性模量为541 GPa,断裂韧性为5.7 MPa·m1/2;当氧化温度为1600°C时,超高温陶瓷内部的SiC由被动氧化转变为主动氧化,并且随着氧化温度升高,超高温陶瓷氧化层厚度与氧化温度呈正相关.

摘要： 主要针对多相超高温陶瓷(UHTCs)颗粒掺杂改性C/C复合材料的热化学烧蚀行为进行数学表征,采用公式推导、数值模拟及试验验证等方法进行研究与分析.通过对C/C-ZrC-SiC(CCZS)复合材料烧蚀后的形貌进行分析,基于热化学平衡和最小自由能原理,构建CCZS氧化烧蚀模型.利用热-力-化多场耦合数值分析方法,对CCZS材料锥形缩比试样进行仿真模型构建,将热化学氧化反应表达式嵌入到仿真模型,并进行烧蚀行为数值计算.计算得到的烧蚀体结构内部温度分布和表面质量烧蚀速率,与烧蚀试验结果较为一致,验证了数学模型的有效性.同时,计算结果表明,基于热化学平衡原则进行改性复合材料表面热化学氧化反应的表征具有一定的工程可行性,可为多相UHTCs掺杂改性C/C复合材料的热化学氧化烧蚀数学表征提供理论参考.

摘要： 随着航空航天领域对热防护材料温度要求的逐渐提升,传统的材料已经无法满足当前的需求.作为一种新型材料,碳纤维超高温陶瓷基复合材料兼具良好的超高温力学性能、抗氧化性能以及结构韧性,已经受到了超高温材料界的广泛关注.本文基于碳纤维超高温陶瓷基复合材料的发展和应用背景,分析了该材料的相较于传统热防护材料的优点,通过对材料制备工艺和当前的应用现状进行归纳,对制备工艺未来的发展方向以及碳纤维超高温陶瓷基复合材料未来的应用前景进行了分析和总结,文章结论对于碳纤维超高温陶瓷基复合材料后续研究工作的开展具有重要意义.

摘要： 太阳能选择性吸收涂层是将太阳辐射选择性吸收转化成热能的材料.为更大限度地利用太阳能,高温太阳能选择性吸收涂层成为提高光热转化效率的关键部件.碳化物超高温陶瓷因具有良好的光学性能和高温稳定性而成为优选材料.目前,很多研究者已通过磁控溅射法、热喷涂法、溶胶凝胶法和激光涂覆法等方法制备了多种碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层,并且做了大量的工作来优化其性能.本文综述了碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层的研究进展,介绍了太阳能光谱选择性的要求及其选择性吸收的基本原理,总结了碳化物陶瓷基太阳能选择性吸收涂层的制备方法、材料、性能及其重要影响因素,最后展望了碳化物超高温陶瓷太阳能选择性吸收涂层的发展前景.

摘要： 通过采用电火花线切割工艺对ZrB2基超高温陶瓷进行加工,分析了电火花线切割后ZrB2基超高温陶瓷的微观组织变化,研究了不同表面粗糙度对材料抗弯强度和断裂韧性的影响规律,为陶瓷材料的工程化应用奠定了技术基础.

摘要： ZrC作为一种超高温陶瓷,具有高熔点、高硬度、良好的高温力学性能和耐烧蚀等优点,在航天防热部件上有广阔的应用前景.但ZrC的高熔点和强共价键特性,导致其难以致密化.本文利用难熔金属的高熔点和在ZrC中具有较高固溶度特点,采用难熔金属W、Nb为烧结助剂,详细研究难熔金属W、Nb的含量对ZrC陶瓷的致密化行为、组织结构和力学性能的影响规律,以期达到在促进ZrC致密化的同时保证其高温力学性能的目的.

摘要： 利用理论模型详细研究了在升温环境下超高温陶瓷材料的抗热震性能与残余热应力、微观结构及热冲击初始环境温度的关系。研究表明，残余热应力的存在会降低材料的抗热震性能；减小添加物晶粒尺寸以及在添加物颗粒边界上引入一定尺寸的微裂纹都可增加材料的抗热震性能。

摘要： 超高温陶瓷具有高的化学稳定性，良好的抗氧化性利高温机械性能，但其制备困难，一般是在1900°C以上热压烧结制备。近年来出现的聚合物前躯体转化法制备超高温陶瓷，以其独特的合成路径，可控的微观结构利微观组分等优点，使超高温陶瓷在较低温度下制备成为可能。本文综述了国内外关于聚合物前躯体转化法制备超高温陶瓷的情况，并对其进行展望。

摘要： 为了真实地预测超高温陶瓷在高温条件下的抗热冲击性能,本文采用随温度变化的材料物性参数,模拟变物性ZrB2-20%SiC-10%AlN陶瓷平板内热应力场分布情况,并与材料物性值为常数时的情况进行对比。结果表明:相同时刻,变物性超高温陶瓷平板内热应力大于常物性时热应力值,两者之间的差异受换热条件和模型厚度的影响。随着换热系数的增大,变物性与常物性陶瓷平板内热应力场分布差异越大;随着平板厚度的减小,两者差异越小。

摘要： 冷却系统工作时也会对超高温陶瓷热防护层造成热冲击作用,特别是冷却系统的控制目标温度对超高温陶瓷热防护层的抗热震性能带来较大影响,所以研究热防护系统主动冷却情形对提高热防护系统的适用可靠性具有重要意义。本文在现有的抗热震性能理论基础上考虑到超高温陶瓷材料热物理性能对温度的敏感性及损伤在其使役历程中随温度的演化,建立了适用于主动冷却热环境下的超高温陶瓷材料抗热震性能的热-损伤模型。该模型考虑了微裂纹尺寸及其密度、热冲击环境温度、控制目标温度等因素,并利用此模型研究了超高温陶瓷材料在主动冷却情形下不同微裂纹演化规律对其抗热震性能的影响,本研究可为基于微结构设计的思想设计出既可以使材料保持较高强度的同时又具有较好抗热震性能的超高温陶瓷材料提供理论依据及指导。

摘要： 随着我国航空航天事业的飞速发展,超高温陶瓷(Ultra-high temperature ceramics,UHTCs)作为一种可以应用于超高温结构中的理想材料受到国内外研究人员的广泛关注.本文介绍了颗粒增韧、晶须增韧、纤维增韧、仿生叠层增韧等ZrB2陶瓷增韧技术的增韧机理以及研究现状,展望了今后ZrB2陶瓷增韧技术的发展方向.

摘要： 采用放电等离子烧结技术(SPS)在1750°C下成功制备了不同成分配比的ZrB2-ZrC块体陶瓷.采用不同功率的均匀激光辐照不同时间研究各个成分配比ZrB2-ZrC在激光辐照作用下的烧蚀行为.结果表明,随着激光辐照功率的提高、ZrC比例的增加,材料在激光辐照下力学破坏加剧;ZrB2-ZrC在激光辐照下发生氧化,能够形成具有三层结构的烧蚀层,材料ZrC比例和激光辐照功率越大,材料氧化失效越严重.

摘要： ZrB2的熔点极高(约为3245°C)、强度和硬度大、热膨胀系数低,而且具有良好的化学稳定性、耐高温等特点,是超高温陶瓷最具有潜力的候选材料.本文以氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O),硼酸(H3BO3)以及葡萄糖(C6H12O6)等为原料，采用溶胶-凝胶、碳热还原工艺合成了ZrB2超细粉体，所制备的超细粉体的纯度高，晶粒度约为40nm.

摘要： 在添加相同含量SiC条件下,改变原料SiC的粒度制备了4种ZrB2-SiC复合材料.讨论了ZrB2-SiC复合材料中SiC粒度、材料微观结构与残余应力、材料力学性能三者间的关系.结果表明,样品的残余应力随SiC粒度增加先减小再增大,这可能是由于SiC原料不同程度氧化生成SiO2造成的.随着SiC粒度的增大,断裂韧性的变化趋势和残余应力相反,说明在本实验的SiC粒度范围内,残余应力对材料主要起到破坏作用.

摘要： 一种超高温碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法及超高温碳化硅陶瓷基复合材料。本发明公开了一种超高温碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法，包括以下步骤：①将二维平纹碳化硅纤维布裁剪为方形；②将裁剪好的碳化硅纤维布叠层，并用碳化硅纤维缝合线缝合为一整体，定型得到碳化硅纤维预制体；③将碳化硅纤维预制体放入化学气相沉积炉中进行化学气相沉积，制备热解碳界面层；④将含有抗烧蚀组元的陶瓷粉体与前驱体溶液配制成浸渍浆料；⑤将③中的预制件在④中的浸渍液中真空高压浸渍；⑥将⑤中的预制件取出沥干后高压固化；⑦将⑥高压固化后的预制件高温裂解；⑧反复进行⑤～⑦步，直至预制体的重量变化小于目标值或设定值。本发明提高了碳化硅陶瓷基复合材料的抗氧化性能和抗烧蚀性能。

摘要： 本发明涉多孔高熵超高温陶瓷隔热材料领域，具体为一种超高孔隙率的高熵碳化物超高温陶瓷及制备方法。多孔(ZraHfbNbcTadXe)C陶瓷的骨架基体材料为面心立方结构的单相高熵超高温陶瓷；按原子百分比计，a、b、c、d和e的取值范围为10％～35％，且a+b+c+d+e＝1，X为Ti、W、V、Cr或Mo。以五种碳化物的混合物粉末作为原料，配制混合物粉末的浆料，加入发泡剂进行发泡，加入凝胶剂进行注模，随后进行冷冻和干燥。经1300～1550°C预烧结以及1750～2000°C高温无压原位反应烧结，制备出多孔高熵超高温陶瓷隔热材料。本发明所合成的超高温隔热材料具有超高孔隙率(83％～96％)、低密度(0.25～1.90g/cm3)、高强度(0.21～16.92MPa)、低热导率(0.10～0.35W/(m·K))和耐超高温(>2000°C)的优点，在航天航空热防护领域具有广阔的应用前景。

摘要： 本发明属于碳化物陶瓷技术领域，具体涉及一种含氮碳化物超高温陶瓷块体及应用。本发明首次提供了采用球磨+放电等离子烧结来制备致密度大于等于98％且C/N含量分布均匀的HfCxNy陶瓷。本发明所设计和制备的新型超高熔点陶瓷克服了现有超高温抗烧蚀陶瓷存在耐烧蚀温度过低或高温烧蚀损耗过快的缺陷；使得其适用于3000°C及以上超高温抗烧蚀防护。通过验证发现经超长时间(300s)烧蚀后陶瓷仍保持接近零烧蚀率的状态和连续稳定的抗氧化防护结构。

摘要： 本发明提供了一种基于缺陷调控的超高温陶瓷的致密化方法，所述方法包括：采用多种合成方法制备得到与每种合成方法对应的超高温陶瓷粉体；计算得到超高温陶瓷粉体的位错密度；基于计算得到的粉体的位错密度，确定多种合成方法分别得到超高温陶瓷粉体的混合比例；按照所述混合比例，将多种合成方法分别得到的超高温陶瓷进行混合以调控超高温陶瓷粉体缺陷浓度；将混合后的超高温陶瓷粉体进行烧结，得到超高温陶瓷；本发明通过计算位错密度并利用不同位错密度的粉体调控粉体缺陷，制备得到致密度高的超高温陶瓷。

摘要： 本发明提供了一种超高温陶瓷致密化方法和超高温陶瓷，所述方法包括：按照添加剂与原料混合物之间的目标比例，在合成所述超高温陶瓷粉体的过程中添加所述添加剂以实现缺陷调控，得到超高温陶瓷粉体；其中，所述添加剂包括B粉、NaCl、Na

摘要： 本发明是关于一种超高温陶瓷预浸料、超高温陶瓷及其制备方法，该超高温陶瓷预浸料的制备方法包括：将超高温陶瓷预浸料的原料与溶剂球磨混合，调节pH值至7.5‑9.0，并控制粘度值为200‑800CPS，经喷雾干燥、过筛，得到超高温陶瓷预浸料，其中，所述的超高温陶瓷预浸料的原料，以质量份数计，包括：超高温陶瓷粉体90.60‑97.55份、有机树脂1.45‑6.25份和炭黑0.75‑3.25份。用其制备超高温陶瓷的方法包括通过将所述的超高温陶瓷预浸料成型、碳化和液相硅浸渗，其中含碳预制体的弯曲强度大于50MPa，孔隙率小于0.5％。本发明的超高温陶瓷预浸料具有可长期存储、易成型、素烧后坯体强度高、加工性能好、可规模化生产等特点，实现超高温陶瓷的近净尺寸成型和快速致密化。

摘要： 本发明涉及一种通过超高温陶瓷粉基体改性制备超高温陶瓷基复合材料的方法。本发明采用真空压力浸渍法在30%vol-40vol%气孔率C/SiC中引入超高温陶瓷（UHTC）粉体和碳有机前驱体，结合反应熔体渗透法（RMI）使熔融硅和基体中裂解碳原位反应生成SiC并使材料致密化，制备C/SiC-UHTC复合材料。采用30vol%-40vol%气孔率C/SiC作为预制体，一方面SiC基体在RMI过程中保护纤维不受熔融硅侵蚀以提高材料的力学性能，另一方面可以在预制体中引入一定量的UHTC粉体提高抗烧蚀性能。

摘要： 本发明涉及多孔超高温陶瓷隔热材料领域，具体为一种超高孔隙率的复相高熵超高温陶瓷材料及制备方法。多孔复相高熵超高温陶瓷中的两相分别为密排六方晶体结构的高熵硼化物和面心立方晶体结构的高熵碳化物。将多种过渡金属硼化物和碳化物粉末进行球磨混合均匀，再将混合粉末配制成浆料并发泡和注模，随后进行冷冻和干燥，最终经高温烧结获得多孔复相高熵超高温陶瓷隔热材料。该方法工艺简单、可操作性强，容易实现规模化工业生产。所制备的多孔复相高熵超高温隔热材料具有超高孔隙率(80％～97％)、低密度(0.20～1.87g/cm3)、高强度(0.17～30.19MPa)、低热导率(0.10～0.49W/(m·K))和耐超高温(2000°C)的优点，在航天热防护领域具有广阔的应用前景。

摘要： 本发明涉多孔高熵超高温陶瓷隔热材料领域，具体为一种超高孔隙率的高熵碳化物超高温陶瓷及制备方法。多孔(ZraHfbNbcTadXe)C陶瓷的骨架基体材料为面心立方结构的单相高熵超高温陶瓷；按原子百分比计，a、b、c、d和e的取值范围为10％～35％，且a+b+c+d+e＝1，X为Ti、W、V、Cr或Mo。以五种碳化物的混合物粉末作为原料，配制混合物粉末的浆料，加入发泡剂进行发泡，加入凝胶剂进行注模，随后进行冷冻和干燥。经1300～1550°C预烧结以及1750～2000°C高温无压原位反应烧结，制备出多孔高熵超高温陶瓷隔热材料。本发明所合成的超高温隔热材料具有超高孔隙率(83％～96％)、低密度(0.25～1.90g/cm3)、高强度(0.21～16.92MPa)、低热导率(0.10～0.35W/(m·K))和耐超高温(>2000°C)的优点，在航天航空热防护领域具有广阔的应用前景。

摘要： 本发明属于碳化物陶瓷技术领域，具体涉及一种含氮碳化物超高温陶瓷块体及应用。本发明首次提供了采用球磨+放电等离子烧结来制备致密度大于等于98％且C/N含量分布均匀的HfC