摘要
超高温陶瓷材料在高温环境下，具有优异的力学性能和物理性能，是非烧蚀性热防护材料的一种。在超高温陶瓷材料的家族中，ZrB2材料有着最小的理论密度，广泛应用在航空航天邻域。在服役过程中，材料常常承受着热/力/氧极端恶劣的环境，研究材料在这种环境下的力学性能及其力学性能演化的机制对于提高材料的使用可靠性至关重要。 首先研究了超高温陶瓷室温及高温环境下的单轴拉伸实验方法。在参考ASTM等国内外关于陶瓷材料的拉伸标准的基础上，建立了超高温陶瓷室温及高温无氧环境拉伸强度测试方法，通过有限元计算及室温、高温无氧环境下的拉伸实验，验证了方法的科学合理，同时得到了材料的本征强度。 然后研究了预氧化对超高温陶瓷室温拉伸强度的影响。发现在1200℃、30min预氧化条件下，材料的拉伸强度最高；在1000℃、30min预氧化条 件下，材料的强度最低。由扫描电镜和能谱测试，分析了氧化对室温强度的影响机制，结果表明，当氧化产物对材料表面微缺陷的弥合作用大于由于氧化产生新孔洞对材料强度的衰减作用时，强度有所提高；反之，则强度有所降低。 最后研究了热/力/氧环境对超高温陶瓷拉伸强度的影响。在建立的热/力/氧环境下超高温陶瓷拉伸强度测试方法的基础上，由正交实验设计，获取了控制材料力学性能的关键环境控制参数，得出温度对强度的影响最大，氧化应力对强度的影响最小。并且发现，在800℃-10min-60MPa时，强度最大；在1000℃-30min-0MPa时，强度最小。由扫描电镜和能谱测试，发现氧化对高温强度的影响机理和对室温下的相似；拉应力对氧化行为影响有一定的影响，是由于拉应力增加了氧气扩散的通道尺寸，加快了反应速率。
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