【摘 要】
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随着高超声速和航空、航天技术的迅猛发展,飞行器在高速飞行的恶劣气动环境下服役,超高温度、气动载荷和气流冲刷对隔热材料的要求也逐渐提高。莫来石陶瓷具有很好的高温稳定
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随着高超声速和航空、航天技术的迅猛发展,飞行器在高速飞行的恶劣气动环境下服役,超高温度、气动载荷和气流冲刷对隔热材料的要求也逐渐提高。莫来石陶瓷具有很好的高温稳定性、抗热震性能、高温强度高、线膨胀系数低以及较高的熔点等优点。因此,多孔莫来石陶瓷在高超声速飞行器和航空航天器热防护领域有很好的应用前景。然而,高气孔率的多孔莫来石陶瓷强度较低,难以承受高气动载荷和气流的冲刷侵蚀作用。因此,研究制备高强度多孔莫来石陶瓷具有明显的工程意义。本研究采用莫来石晶须框架,对其表面进行封孔处理,获得具有鸟喙结构的多孔莫来石陶瓷,研究制备工艺与力学性能,研究表明:通过Al2O3、Al F3和SiO2体系在密闭坩埚内经气固反应烧结,制备高气孔率高强度莫来石晶须框架,在1500℃~1650℃烧结温度区间内,调整烧结工艺参数,改善晶须框架的力学性能。最终在1500℃烧结温度下,保温5h制备出的莫来石晶须框架综合性能达到最佳,棒状晶须间的烧结颈生长发育完全,晶须长径比大,在65.2%的高气孔率情况下,抗压强度达到最大值51MPa。以多孔莫来石晶须框架为基体,采用浆料喷涂浸渗的方法,经烧结后可以制备出表层致密而内部多孔的鸟喙结构莫来石材料;控制浸渗次数可控制表面致密层的厚度;当浸渗次数增加,表面致密层的厚度从10μm增加至150μm,同时,复合结构的气孔率由65.2%下降到57.8%,复合结构的抗弯强度从36 MPa逐渐增加到了62 MPa;同时,抗压强度也由51 MPa增加到89 MPa;除去整体气孔率下降对试样强度的影响,强度的额外增加,源于所形成的复合结构。通过在晶须框架表层浸渗纳米级球形氧化硅悬浮液的方法,可以制备出表面致密内部为框架多孔的鸟喙结构莫来石陶瓷;调节纳米球形SiO2的粒径,可以控制球形SiO2颗粒进入基体框架中的量,从而制备出不同厚度致密层的复合结构,当SiO2的粒径从450nm减小到220nm时,致密层的厚度从10μm增加到60μm,同时气孔率由原始的65.2%下降到45.9%;采用350nm球形SiO2作为致密封孔层的材料效果最佳,抗弯强度提高2.1倍,而气孔率仅下降8.4%。
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