超高温陶瓷的裂纹自愈合改性设计及其强韧化机理

超高温陶瓷材料是近空间高超声速飞行器研制成败最为关键的技术之一。本项目针对超高温陶瓷材料的本征脆性和抗冲击性能差这一瓶颈问题，通过借鉴生物复合材料自愈合现象来改变和优化超高温陶瓷的微结构，并与现有金属材料表层纳米梯度化处理的思路相结合，提出喷丸-裂纹自愈合改性设计来实现超高温陶瓷的强韧化，开辟一条提高脆性材料强韧性的有效途径。本项目主要通过研究超高温陶瓷喷丸-裂纹自愈合改性设计的力学行为，建立超高温陶瓷的裂纹自愈合工艺与强韧化之间的定量关系；一方面为建立超高温陶瓷材料强韧化理论提供分析依据，另一方面为超高温陶瓷材料的强韧化设计、性能优化、合理使用以及寿命评估等提供精确指导。本项目属于前沿性的基础研究，其研究成果将进一步丰富和发展超高温陶瓷材料强韧化的科学理论，同时为超高温陶瓷材料在高超声速飞行器的关键热端部件上的使用提供理论基础和技术储备。

超高温陶瓷是近空间高超声速飞行器研制成败最为关键的制备技术之一。本项目针对结构陶瓷的强度和韧性不能兼顾的矛盾，提出了裂纹自愈合的解决方法，还证明这方法对于几类陶瓷体系都适用。另外，我们还发展了喷丸＋自愈合的新方法来提高材料的可靠性。通过有限元子程序开发，将热力氧耦合损伤模型嵌入ABAQUS进行数值仿真分析，来研究超高温复合材料热力氧耦合渐进损伤与失效机理研究；其研究成果将进一步丰富和发展陶瓷材料强韧化的科学理论，同时为陶瓷材料在热防护系统部件上的应用提供理论基础和技术储备。