Two boron oxide zirconium silicon carbide composite layer nonlinear evolution calculation method, (1) the isothermal oxidation experiments of two zirconium boride silicon carbide composite material samples were not less than 3 time segments; (2) the experimental samples were cooled to room temperature after processing in profile or sections, and dry preservation to prevent the oxidation layer off; (3) to determine the oxidation layer samples section or the section; (4) to measure the thickness of the oxide layer; (5) differential equations according to the different structure of the oxide layer thickness of the oxide layer were established with time evolution; (6) to solve the differential equations, the calculated value obtained the thickness of oxide layer theory; (7) by changing the parameters, the iterative calculation of each layer thickness of the oxide layer of the theoretical value of iterative calculation until all experimental oxide thickness and calculating the oxide thickness deviation absolute value It is less than the specified accuracy, and the characteristic parameters of the equations are determined. (8) the characteristic parameters of the set of fixed differential equations are solved, and the quantitative evolution law of oxide thickness at different temperatures and arbitrary oxidation time is solved.
【技术实现步骤摘要】
二硼化锆-碳化硅复合材料氧化层非线性演变计算方法
本专利技术属于高温防热材料及飞行器热防护设计领域,具体涉及二硼化锆-碳化硅超高温陶瓷复合材料氧化层非线性演变计算方法。
技术介绍
二硼化锆-碳化硅超高温陶瓷复合材料主要用于高超声速飞行器鼻锥、翼舵前缘、超燃冲压发动机燃烧室支板等高温部位的热防护。由于关系高温防热材料及飞行器热防护系统的飞行安全,二硼化锆-碳化硅复合材料在高温有氧环境下的氧化层厚度演变以及性能预测与评估方法是其面向工程应用的关键技术。现有二硼化锆-碳化硅复合材料在高温有氧环境下的氧化层厚度计算方法主要基于两个经典假设,一是氧在氧化层中的扩散控制模型,得到的氧化层厚度与氧化时间呈抛物线型规律,即氧化层厚度与氧化时间的开方成正比;一是氧化层厚度受化学反应动力学控制模型,得到的氧化层厚度与氧化时间呈线性增长规律,即氧化层厚度与氧化时间的成正比。该计算方法在预测氧化层结构及其厚度演变规律时存在两个问题,一是实验中发现氧化层厚度随氧化时间的增长规律常常表现为指数型或者幂次型,偏离现有计算模型描述的抛物线型和线性规律;二是计算方法无法体现实验中观察到的多层氧化层结构现象,计算模型偏离物理实际。
技术实现思路
本专利技术的目的是,克服现有技术的不足,提供一种用于计算二硼化锆-碳化硅超高温陶瓷复合材料氧化层非线性演变的方法。本专利技术的技术解决方案是:二硼化锆-碳化硅复合材料氧化层非线性演变计算方法,包括以下步骤:(1)对二硼化锆-碳化硅复合材料实验样品进行不少于3个保温时间段的等温氧化实验;对实验后的每个氧化后的实验样本分别进行步骤(2)-(4)的处理:(2) ...
【技术保护点】
二硼化锆‑碳化硅复合材料氧化层非线性演变计算方法,其特征在于包括以下步骤:(1)对二硼化锆‑碳化硅复合材料实验样品进行不少于3个保温时间段的等温氧化实验;对实验后的每个氧化后的实验样本分别进行步骤(2)‑(4)的处理:(2)将待实验样品冷却至室温后加工获得氧化后实验样品的剖面或者截面结构,干燥保存并防止氧化层发生脱落;(3)确定实验样品剖面或者截面的氧化层分层结构,若为2层结构,则为表面玻璃相层和次表面氧化物;若为3层结构,则为表面玻璃相层、次表面氧化层和碳化硅主动氧化耗尽多孔层;(4)将经步骤(2)获得的样品放置扫描电子显微镜或者高分辨率光学显微镜下观察,依据步骤(3)确定氧化层的结构类型,测量各氧化分层的厚度;(5)根据氧化层结构的不同分别建立氧化层厚度随时间演变的微分方程组;(6)确定微分方程组的初始条件和特征参数初值,求解微分方程组,获得氧化层厚度的理论计算值;所述的特征参数包括氧化层i的动力学控制氧化层增长参数K
【技术特征摘要】
1.二硼化锆-碳化硅复合材料氧化层非线性演变计算方法,其特征在于包括以下步骤:(1)对二硼化锆-碳化硅复合材料实验样品进行不少于3个保温时间段的等温氧化实验;对实验后的每个氧化后的实验样本分别进行步骤(2)-(4)的处理:(2)将待实验样品冷却至室温后加工获得氧化后实验样品的剖面或者截面结构,干燥保存并防止氧化层发生脱落;(3)确定实验样品剖面或者截面的氧化层分层结构,若为2层结构,则为表面玻璃相层和次表面氧化物;若为3层结构,则为表面玻璃相层、次表面氧化层和碳化硅主动氧化耗尽多孔层;(4)将经步骤(2)获得的样品放置扫描电子显微镜或者高分辨率光学显微镜下观察,依据步骤(3)确定氧化层的结构类型,测量各氧化分层的厚度;(5)根据氧化层结构的不同分别建立氧化层厚度随时间演变的微分方程组;(6)确定微分方程组的初始条件和特征参数初值,求解微分方程组,获得氧化层厚度的理论计算值;所述的特征参数包括氧化层i的动力学控制氧化层增长参数Ki、扩散控制氧化层增长参数hi、氧化层非线性增长函数Ai中的未知参数;i=1、2或1、2、3;i=1代表表面氧化层,i=2代表次表面氧化层,i=3代表碳化硅主动氧化耗尽多孔层;(7)通过改变特征参数值,迭代计算各层氧化层厚度的理论值,迭代计算直至所有实验氧化层厚度与计算氧化层厚度的偏差绝对值均小于指定精度,据此确定满足精度要求的方程组特征参数;(8)固定微分方程组特征参数,求解不同温度、任意氧化时间下氧化层厚度定量演变规律。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:2层结构氧化层厚度随时间演变的微分方程组具体形式为:
【专利技术属性】
技术研发人员:罗晓光,邓代英,张赢,俞继军,陈思员,艾邦成,
申请(专利权)人:中国航天空气动力技术研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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