ZrCPW复合材料的等离子烧蚀行为1.pdfVIP

第38卷 第5期 稀有金属材料与工程 V01．38，No．5 2009正 5月 RAREMETALMATERIALSANDENGINEERrNG May2009 ZrCP删复合材料的等离子烧蚀行为 王玉金，周 玉，宋桂明，张太全，贾德昌 (哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：采用等离子烧蚀装置对ZrCP脚复合材料的烧蚀性能进行了研究。结果表明：ZrCP／W复合材料的线烧蚀率随 ZrC含量和烧蚀时间的增加而增大。烧蚀后，在试样表面形成了烧蚀坑和熔融层，熔融层的厚度达到lmm左右。在烧 蚀过程中，烧蚀层中的物相发生了化学反应，并生成了新相。复合材料的主要烧蚀机制是以熔化烧蚀为主，兼有热化 学烧蚀。 关键词：ZrCP，W复合材料；等离子烧蚀；微观组织 中图法分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号：1002．185X(2009)05．0830．04 ZrC口／W复合材料是一种新型超高温航天防热材料， 其具有良好的室温力学性能、高温力学性能、热物理性 kW，氮气压力0．5MPa，氮气流量3．78x10。3m3／s，喷 能，以及良好的抗热震性和耐烧蚀性能，可应用于火箭 嘴直径8 发动机喷管、喉衬、燃气舵、鼻锥等多种航天防热部件 由式(1)给出： 上，并日益引起人们的关注【卜4】。耐烧蚀性能是航天防热 凡=竿=华 材料应用的重要性能指标之一，它直接关系到航天器件 工作的稳定可靠性，因此对材料烧蚀性能的研究具有重 要意义。对材料烧蚀性能的最真实的评价方式是发动机 样的烧蚀前后的厚度(舢m)，t为烧蚀时间(s)。 试车，但费用昂贵。所以，人们往往在地面模拟烧蚀试 采用日本理学电机D／max．rB型x射线衍射仪和 验初步评价材料的耐烧蚀性能，目前主要有氧乙炔焰、 等离子体弧和电弧风洞等试验方法。前期对zrcdw复相组成、显微组织和成分进行分析。 合材料的氧乙炔焰烧蚀试验结果p】表明，材料具有良好 2结果和讨论 的抗热震性和耐烧蚀性能，是一种很好的航天防热材 料，为了进一步评价该材料的烧蚀性能，本研究对 2．1 ZrC。例复合材料的烧蚀性能 ZrC删复合材料在等离子烧蚀条件下的热震烧蚀行为 表l列出了ZrC州复合材料在不同烧蚀时间的线 进行研究，并探索其在此条件下的烧蚀机理。 烧蚀率变化情况。可以看出，复合材料的线烧蚀率随 着ZrC。含量的增加而增大。烧蚀10．5s时，20％ZrCP／W 1 实验材料和方法 mm／s。等离子烧蚀的温度一般在5000℃左右，远远 所用的ZrC4W复合材料在AVS热压烧结炉上烧 结，烧结工艺为：温度2000℃、真空度为1．3x10一Pa、 超过了W和ZrC的熔点，ZrC。删复合材料因发生熔 所加压力为25MPa，时间120min，升温和降温速率均 化而被等离子电弧冲刷掉，因此熔化烧蚀是其在等离 为20C／min。ZrC。用复合材料中ZrCp含量(体积分数) 子烧蚀条件下最主要的烧蚀机制。随ZrC。含量的增 分别为20％、30％、40％和50％。复合材料主要由W和加，复合材料热扩散率显著下降【¨，进而引起在同样 ZrC，及少量w2C相构成。 的烧蚀条件下试样表面的温度升高，即ZrC。含量越高 等离子烧蚀试验在等离子烧蚀试验机上进行。试 的复合材料，试样表面温度越容易达到材料熔点而出 样尺寸为t／)30mmxl0衄，上下表面经磨削和抛光处现熔化烧蚀，所以ZrCdW复合材料的线烧蚀率随ZrC。 理。等离子弧温度约50