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原文传递一种陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法

专利名称：	一种陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法
摘要：	本发明公开了一种陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，具体为：统计材料横截面纤维总根数，测量界面平均厚度、纤维平均直径，获取基体裂纹个数及之间的间距，及材料两个端面与邻近裂纹之间的距离，并从小到大排序；将横截面上的纤维分为独立纤维、单点接触纤维、两点接触纤维及多点接触纤维，统计相应类型纤维的个数；计算每种类型纤维外侧碳界面的面积，及材料含有的碳质量分数；计算材料在不同氧化时刻下的界面消耗长度；比较界面消耗长度与基体裂纹间距的1/2、材料两个端面与邻近裂纹之间距离的1/2的大小关系，得到碳界面消耗的总长度，最后计算得到界面消耗体积。本发明可以准确给出材料氧化一定时间后碳界面消耗体积及其分布情况。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	孙志刚;陈西辉;靳彧;宋迎东;熊严;陈鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910011318.2
公开号：	CN109884105A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	姜慧勤
分类号：	G01N23/2251(2018.01);G;G01;G01N;G01N23
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取陶瓷基复合材料的体积和质量，并计算得到材料的密度；步骤2，根据材料在纤维方向的横截面，统计纤维总根数，计算碳界面的平均厚度及纤维平均直径；步骤3，根据材料横截面上的纤维之间是否相互接触以及接触点的多少，将材料横截面上的纤维分为独立纤维、单点接触纤维、两点接触纤维及多点接触纤维，并统计相应类型纤维的个数；步骤4，基于碳界面的平均厚度、纤维平均直径以及纤维之间接触点的多少，计算每种类型纤维外侧碳界面的面积，并进一步计算出材料含有的碳质量分数；步骤5，获取材料外表面的基体裂纹个数a，测量相邻基体裂纹之间的距离以及材料在纤维方向的两个横截面与邻近基体裂纹之间的距离，共a+1个距离，将上述距离从小到大排序，将最小距离作为第1距离，最大距离作为第a+1个距离；步骤6，基于氧化动力学方程，计算材料在不同氧化时刻下的碳界面消耗长度rc；步骤7，将碳界面消耗长度rc与步骤5求得距离的1/2进行比较：当rc<最小距离/2时，碳界面消耗总长度为lc_c＝(2a+2)rc；当rc≥最大距离/2时，碳界面消耗总长度lc_c为步骤5求得的所有距离之和；当rc处于某两个距离的1/2之间时，即x＝1,…,a，lc_c等于第1至第x个距离之和加上(2a+2-2x)rc；步骤8，基于材料横截面上碳界面的总面积与碳界面消耗总长度，计算得到材料氧化过程中的碳界面消耗体积及其分布规律。 2.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤2所述碳界面的平均厚度，计算公式为：其中，e为碳界面的平均厚度，n为纤维总根数，ei表示随机选取纤维总根数的1/100中第i根纤维周围的碳界面厚度。 3.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤2所述纤维平均直径，计算公式为：其中，df为纤维平均直径，n为纤维总根数，dfi表示随机选取纤维总根数的1/100中第i根纤维的直径。 4.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤4所述纤维外侧碳界面的面积，计算公式为：其中，Scj为与其他纤维之间存在j个接触点的纤维外侧碳界面的面积，j＝0,1,…,q，q为纤维之间最大接触点的个数，rf为纤维平均半径，e为碳界面的平均厚度。 5.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤6所述碳界面消耗长度rc，计算公式为：其中，k0为碳界面的氧化反应速率常数，Ea为碳界面的氧化反应活化能，R为通用气体常数，T为环境温度，为环境中的氧气分压，Mc为碳界面的摩尔质量，ρc为碳界面的密度，t是氧化反应时间。
所属类别：	发明专利