硅基防热材料表面流动特性研究

硅基复合防热材料在气动热试验时,表面有大量的熔融物质在气流作用下形成流动的液态层,其表面流动特性直接影响防热材料表面温度、质量损失和线烧蚀量,也间接决定了防热材料的烧蚀性能和隔热性能。本文通过烧蚀机理分析和光学非接触式测量的方法,研究某类硅基材料的流动特性。烧蚀机理分析将熔融物质视为液态边界层,研究其与固体防热材料表面之间的运动特性,同时考虑质量引射效应和液态层蒸发现象,得出液态层流动速度与气流剪切力、液态层厚度和液态层动力黏度的相关公式。光学非接触式测量方法以3D摄影测量为基础,结合PIV增量相关匹配算法和光流法,研究熔融液滴在固体防热材料表面整体的和单一的运动特性。在某一特定的流场状态下,对于表面液态层流动速度,烧蚀机理计算结果为26mm/s,而光学非接触测量结果为10mm/s。两种方法的误差来源主要是理论假设、材料参数和测量区域等方面的不同。研究结果表明,液滴之间具有很强的相互作用且流动速度差距较大,烧蚀机理分析可以做为工程计算方法预估试验结果,而光学非接触测量可以做为烧蚀机理分析的验证手段,并给出防热材料在试验过程中的烧蚀特性。     

高频脉冲电流改性SiC/Al复合材料微裂纹愈合机制及组织性能

采用高频脉冲电流技术改性处理轧制态SiC/Al复合材料。首先利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射仪（EBSD）对不同状态下复合材料的微观组织进行了观察分析，研究了高频脉冲电流作用下微裂纹的动态愈合机制。然后，对复合材料的微纳力学性能及拉伸性能进行了测试。结果表明，高频脉冲电流有效促进了轧制态复合材料发生静态再结晶，使基体晶粒由2.47μm细化至2.02μm，再结晶体积分数由7.43%提高至39.73%，择优取向明显减弱。钻孔-冷轧法预制的微裂纹尖端在高频脉冲电流作用下产生了局部高温，并在压应力的作用下实现了部分愈合。高频脉冲电流处理后，复合材料的拉伸强度和伸长率由347 MPa和12.23%优化至475 MPa和21.65%。研究为拓宽SiC/Al复合材料在航空领域的应用范围奠定了相关理论及实践基础。