Si-B-C-N系陶瓷复合材料在高温氧化和烧蚀作用下组织结构演化与损伤机制
批准号:
51072041
项目类别:
面上项目
资助金额:
38.0 万元
负责人:
贾德昌
依托单位:
学科分类:
E0204.结构陶瓷
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨治华、段小明、张鹏飞、孙振淋、叶丹、于萍、张培峰
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中文摘要
Si-B-C-N系陶瓷材料具有密度低、抗氧化性好、抗蠕变能力强、热膨胀系数低等优点,因而在航空航天防热与高温结构件上极具应用潜力。但目前对其氧化动力学的研究仍很不充分,对其抗氧化机理也仍无定论。申请人初步研究表明,除了材料表面形成的氧化膜具有减缓氧化作用外,陶瓷中C-B-N键的含量也似乎起到了重要的作用。同时,该陶瓷材料烧蚀损伤行为机制的研究也尚处于空白。因此,本申请拟研究Si-B-C-N系陶瓷复合材料在后续处理与高温氧化条件下的组织结构演化规律、氧化行为、氧化动力学与抗氧化机理,以及其在液氧煤油发动机和等离子电弧风洞烧蚀条件下的损伤行为和损伤机制。该研究有助于揭示该系材料高温氧化与烧蚀作用下的损伤理论,可为该系材料在防热构件上的应用及优化设计提供理论与技术支持,因此具有重要的学术和潜在的工程应用价值。
英文摘要
采用机械合金化工艺获得了非晶态Si-B-C-N 粉末及纳米Si-B-C-N系复相陶瓷;阐明了Al、ZrO2、AlN、MgO-Al2O3-SiO2(MAS)添加剂对材料烧结行为和高温氧化行为的影响规律及机制;揭示了其微观组织结构、力学/热物理学性能以及晶化行为规律/机制;阐明了短纤维对材料力学性能、抗热震性能以及耐烧蚀性能的影响规律/机制。. (1)Si-B-C-N粉末在1500℃保温30min,开始析晶,首先形成SiC纳米晶;随着温度的升高,SiC纳米晶逐渐长大,BN(C)相逐渐析出;温度等于或高于1700℃时,材料发生了明显的晶化,晶体相由β-SiC、α-SiC和BN(C)构成。(2)在1900℃/80MPa/30min条件下热压烧结制备的2Si-B-3C-N陶瓷由平均晶粒尺寸小于100 nm,且分布均匀的β-SiC、α-SiC 和BN(C)构成。BN(C) 相具有湍层结构,由分布不均匀的湍层氮化硼、湍层碳以及B原子固溶的湍层碳和C原子固溶的湍层氮化硼等原子层构成。(3)AlN或ZrO2 或MAS添加后,显著提高陶瓷材料的相对密度、抗弯强度和硬度;MAS添加后,还显著提高了陶瓷材料的断裂韧性;AlN、ZrO2添加剂的加入使SiC与BN(C)的晶粒发生了明显的长大。(4)掺杂MAS后,SiBCN陶瓷的抗氧化性能得到很大提高;而掺杂Al、ZrO2、AlN后,SiBCN陶瓷的抗氧化性能降低,含有Al或ZrO2或AlN添加剂的SiBCN复相陶瓷经高温氧化后变成多孔结构。(5)SiBCN陶瓷高温氧化时,在扩散过程中,16O与氧化层的相互作用占主导,即通过置换SiO2晶格中的O原子来实现扩散。(6)短碳纤维或短碳化硅纤维的引入改善了陶瓷复合材料的断裂韧性,并提高了复合材料的热震性能和耐烧蚀性能;短碳化硅纤维增韧SiBCN复合材料比短碳纤维增韧SiBCN复合材料表具有更优良的耐高温烧蚀性能。. 项目研究为先进多功能航天防热材料,尤其是Si-B-C-N系陶瓷基复合材料的进一步研制与开发应用提供了有力理论和技术支撑。共发表论文8篇,其中SCI、EI检索各7篇;申请国家发明专利5项,授权2项。项目研究成果多次在国际会议上以邀请报告的形式进行交流。培养博士生2人,硕士生2人。项目负责人贾德昌教授于2012年入选国家杰出青年基金、2013年入选科技部中青年科技创新领军人
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Microstructural features and properties of the nano-crystalline SiC/BN(C) composite ceramic prepared from the mechanically alloyed SiBCN powder
机械合金化SiBCN粉末制备纳米晶SiC/BN(C)复合陶瓷的显微结构特征及性能
DOI:10.1016/j.jallcom.2012.05.073
发表时间:2012-10-05
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Zhang, Pengfei;Jia, Dechang;Zhou, Yu
通讯作者:Zhou, Yu
Physical and surface characteristics of the mechanically alloyed SiBCN powder
机械合金化 SiBCN 粉末的物理和表面特性
DOI:10.1016/j.ceramint.2012.05.012
发表时间:2012-12
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Zhang, Pengfei;Jia, Dechang;Yang, Zhihua;Duan, Xiaoming;Zhou, Yu
通讯作者:Zhou, Yu
DOI:--
发表时间:2011
期刊:中国材料进展
影响因子:--
作者:贾德昌, 张鹏飞, 杨治华, 叶丹, 孙振淋, 周玉
通讯作者:贾德昌, 张鹏飞, 杨治华, 叶丹, 孙振淋, 周玉
Preparation of SiCN(O) Material with Vinyl Trichlorosilane
乙烯基三氯硅烷制备SiCN(O)材料
DOI:10.1111/j.1551-2916.2011.04642.x
发表时间:2011-08
期刊:JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY
影响因子:3.9
作者:Sun, Zhen-Lin;Zhou, Yu;Jia, De-Chang;Yang, Zhi-Hua;Duan, Xiao-Ming;Ye, Dan;Zhang, Peng-Fei
通讯作者:Zhang, Peng-Fei
Progress of a novel non-oxide Si-B-C-N ceramic and its matrix composites
新型非氧化物Si-B-C-N陶瓷及其基体复合材料的研究进展
DOI:10.1007/s40145-012-0017-x
发表时间:2012-12
期刊:Journal of Advanced Ceramics
影响因子:16.9
作者:Pengfei Zhang;Dechang Jia;杨治华;Xiaoming Duan;Yu Zhou
通讯作者:Yu Zhou
纳米Ta4HfC5的机械合金化合成及其对SiBCN固态非晶化与晶化动力学及显微组织结构演化的影响规律与机理
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2021
- 负责人:贾德昌
- 依托单位:
碳化硅基复合陶瓷在乙烯裂解制备环境下的组织性能演化规律与机理
- 批准号:51832002
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:300.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:贾德昌
- 依托单位:
铝硅酸盐聚合物转化法制备SiCf/榴石复合材料断裂与氧化损伤机制
- 批准号:51372048
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:贾德昌
- 依托单位:
LiTaO3/Al2O3复合陶瓷中压电相电畴结构特征及其对性能的影响机制
- 批准号:50372015
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:27.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:贾德昌
- 依托单位:
SBT系铁电薄膜材料的组织结构与性能优化及机理研究
- 批准号:50172012
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:21.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:贾德昌
- 依托单位:
国内基金
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