某飛行器鼻錐熱防護結構制備加工與氧化燒蝕性能研究.pdf

1、隨著高超聲速飛行器飛行速度的不斷提升，服役環(huán)境也越來越惡劣，為保證航天飛行器安全穩(wěn)定飛行，必須開展飛行器鼻錐等關鍵熱端部件的熱防護問題的研究。作為高超聲速飛行器關鍵熱端結構件，鼻錐在飛行時將面臨非常嚴重的氣動加熱，為保證高超聲速飛行器的整體性能，飛行器鼻錐不允許有較大變形，因此，飛行器鼻錐熱防護結構材料必須滿足長時間抗氧化和耐燒蝕等性能要求。超高溫陶瓷復合材料因具有耐高溫、抗氧化燒蝕等優(yōu)異特性，是飛行器鼻錐等關鍵熱端部件的首選材料之一，

2、但超高溫陶瓷材料難以燒結致密化以及本征脆性等特點加大了高性能鼻錐熱防護結構材料的制備和加工難度。因此，開展鼻錐熱防護結構超高溫陶瓷材料的制備、加工以及相關性能考核具有重要的意義。
　　本文根據飛行器鼻錐熱防護結構需求，結合飛行器鼻錐的服役特點，設計了前端呈半球狀后端呈圓柱狀的組合式鼻錐熱防護結構，并采用ANSYS軟件建立了模型，對建立的鼻錐熱防護結構件模型進行了溫度場分析。分析結果表明鼻尖部溫度最高，并依據溫度場分析結果選取鼻錐熱

3、防護材料。
　　本文選擇ZrB2-SiC-G超高溫陶瓷材料作為鼻錐熱防護結構材料的制備體系。采用熱壓燒結工藝制備材料，與以前研究不同，本次制備出了綜合性能優(yōu)異的大尺寸鼻錐熱防護結構材料，并通過組分優(yōu)化和工藝優(yōu)化保證材料的致密性，以及良好的力學性能。研究了不同參數對ZrB2-20vol.％SiC-G陶瓷材料的致密度、彎曲強度和斷裂韌性等性能的影響，如石墨含量、燒結溫度等。試驗結果表明：1900℃、30MPa和1h條件下熱壓燒結的Zr

4、B2-20vol.％SiC-10vol.％G材料綜合性能較為優(yōu)異，其中彎曲強度為487MPa，斷裂韌性為6.2MPa.m1/2，致密度為99.7%。
　　本文采用了ELID磨削技術對該超高溫陶瓷燒結，然后對材料進行加工成型，并對該熱結構件磨削表面粗糙度進行正交試驗，同時分析了磨削工藝參數與表面粗糙度之間的關系。試驗結果表明最佳磨削工藝組合為：粒度w40＃、砂輪線速度26.2m/s、磨削深度0.005mm、工件轉速35r/min。同

5、時采用超聲檢測（UT）和X射線檢測（RT）相結合的方法對鼻錐熱防護結構超高溫陶瓷材料進行無損檢測，檢測結果表明陶瓷材料內部和表面的微觀孔隙含量比較少，表明該鼻錐熱結構件材料具有優(yōu)異的綜合性能。
　　研究了ZrB2-20vol.%SiC-10vol.％G鼻錐熱防護結構超高溫陶瓷材料的抗氧化燒蝕行為。地面考核實驗結果表明該鼻錐熱防護結構材料的宏觀形貌相對完好，能保持良好的完整性；且沒有出現微裂紋，表現出較強的抗氧化燒蝕能力。同時結合鼻