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C/SiC材料在模拟空天往返条件下的可重复使用性能评估

2021-02-24谭志勇王捷冰李彦斌

宇航学报 2021年12期

谭志勇,王捷冰,张 毅,李彦斌,徐 聪

(1.空间物理重点实验室,北京 100076;2.西北工业大学材料学院,西安 710072;3. 东南大学机械工程学院,南京 211189)

0 引 言

以C/SiC为代表的陶瓷基复合材料已广泛应用于高超声速再入飞行器热结构[1]以及航空发动机热端部件[2],并基于这一应用需求在材料性能表征、环境适应性等方面开展了大量的基础研究[3-4]。为验证材料在高温下的长时间承载性能,许多学者进行了真空及有氧不同气氛环境下的疲劳试验研究。其中采用真空/惰性气氛条件下的高温疲劳试验[4-5]方法,主要关注了高温对C/SiC材料内部不同组分之间产生的热应力效应以及对疲劳特性的影响,较为一致的得到该材料具有优良的高温力学性能的结论。对于有氧条件下的高温试验,研究了高温下不同程度氧化效应对材料疲劳性能产生的影响[6]及氧化时间对疲劳性能的影响[7]。一些学者认为C/SiC在高温有氧条件下仍具有与常温相当的力学性能,但也有学者认为其力学性能会衰减。而通过对此高温氧化对材料不同组份的性能影响[8]以及不同温度[9]和不同氧化气氛条件[10-11]对疲劳性能的影响研究,给出了C/SiC材料的不同氧化机制和转化条件,为氧化行为的模拟和效果评价提供依据。以试验为基础对疲劳寿命的预测也提出了较多方法,包括经典疲劳力学理论[12]以及面向复合材料的方法和模型[13]等。

采用C/SiC材料制备的热结构实现高温服役已具备了较多的基础成果[14],但一般采用了相对恒定的高温试验条件。……

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