Engineering Cf/ZrB2‐SiC‐Y2O3 for Thermal Structures of Hypersonic Vehicles with Excellent Long‐Term Ultrahigh Temperature Ablation Resistance

材料科学 烧蚀 高超音速 陶瓷 高超音速飞行 氧化物 图层(电子) 复合材料 热稳定性 化学工程 航空航天工程 冶金 工程类
作者
Bowen Chen,Dewei Ni,Weichao Bao,Chunjing Liao,Wei Luo,Erhong Song,Shaoming Dong
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (34) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/advs.202304254
摘要

Abstract Ultrahigh temperature ceramic matrix composites (UHTCMCs) are critical for the development of high Mach reusable hypersonic vehicles. Although various materials are utilized as the thermal components of hypersonic vehicles, it is still challenging to meet the ultrahigh temperature ablation‐resistant and reusability. Herein, the Y 2 O 3 reinforced C f /ZrB 2 ‐SiC composites are designed, which demonstrates near‐zero damage under long‐term ablation at temperatures up to 2500 °C for ten cycles. Notably, the linear ablation rate of the composites (0.33 µm s −1 ) is over 24 times better than that of the conventional C f /C‐ZrC at 2500 °C (8.0 µm s −1 ). Moreover, the long‐term multi‐cycle ablation mechanisms of the composites are investigated with the assistance of DFT calculations. Especially, the size effect and the content of the Zr‐based crystals in the oxide layer fundamentally affect the stability of the oxide layer and the ablation properties. The ideal component and structure of the oxide layer for multi‐cycle ablation condition are put forward, which can be obtained by controlling the Y 2 O 3 /ZrB 2 mole ratio and establishing Y‐Si‐O – t ‐Zr 0.9 Y 0.1 O 1.95 core‐shell nano structure. This work proposes a new strategy for improving the long‐term multi‐cycle ablation resistance of UHTCMCs.
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