一文读懂氧乙炔烧蚀试验一e测试

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一文读懂氧乙炔烧蚀试验

2023-02-17 15:09:42 0 778

氧乙炔烧蚀是以氧乙炔热流为热源对材料进行烧蚀的试验方法，它是一项操作简单且经济实用的材料烧蚀考核方式。氧乙炔焰流速度快，温度较高，能给试样带来强烈的冲击载荷和剪切应力。

试验原理

以稳定的氧一乙块焰流为热源，将焰流（焰流温度在3000℃左右）以90°角冲烧到圆形试样上，对材料进行烧蚀。同时测量试样背壁温度，测量试验后试样的厚度和质量变化，从而计算出试样的线烧蚀率、质量烧蚀率和绝热指数。

图1 氧乙炔烧蚀

样品要求

根据国标或者行标尺寸加工：直径略小于30mm，最佳尺寸：直径29.5mm，可供参考标准GJB-323A96。

技术指标

火焰热流密度：4186.8±418.68Kw/m²；

氧气流量：1512L/h；

乙炔流量：1116L/h；

氧气压力：0.4MPa，

乙炔压力：0.095MPa；

试验初始表面到火焰喷嘴距离：10±0.2mm；

火焰烧蚀角度：90°

火焰喷嘴直径：2mm。

应用范围

适用于防热、绝热、包覆材料、碳/碳复合材料、难熔金属和高温陶瓷等烧蚀材料烧蚀试验。

应用举例

1.C/C-Cu复合材料氧乙炔烧蚀试验

将C/C-Cu复合材料加工成尺寸为Φ29.8mm×10mm的试样。烧蚀时间为20s，C/C-Cu复合材料的高温耐烧蚀性能采用质量烧蚀率与线烧蚀率来表征。

图2 C/C-Cu 复合材料氧乙炔焰烧蚀 20 s 后的实物照片

图2中可以看出烧蚀后，烧蚀中心区未形成明显的烧蚀凹坑，由于烧蚀过程中铜的发汗冷却作用，烧蚀中心区残留的铜较少；虽然烧蚀中心区炭骨架结构整体完好，但烧蚀表面仍形成了较多的烧蚀微孔。与此同时，在烧蚀边缘区，试样表面残留了大量的铜球，且铜球尺寸达到了毫米级；进一步说明烧蚀过程中，铜具有较好的发汗冷却效果。

测试C/C-Cu复合材料氧乙炔焰烧蚀 20s后的质量与线烧蚀率分别为0.0033g/s， 0.01mm/s（计算方法参照GJB-323A96）。

2.Ti₃SiC₂陶瓷材料烧蚀试验

采用氧乙炔焰对Ti₃SiC₂陶瓷材料样品进行烧蚀，烧蚀时间分别为0s、5s、10s、15s、25s。烧蚀后材料分析结果如下：

图3 Ti₃SiC₂经氧乙炔焰烧蚀 0s、5s、10s、15s、20s、25s 后表面形貌图（ A为烧蚀中心区；B为近中心烧蚀区；C为烧蚀边缘区域）

图3可看出，Ti₃SiC₂材料经过5s烧蚀后样品形状保持完整，没有出现烧蚀坑，但烧蚀表面颜色发生变化，样品表面呈现三种不同颜色，烧蚀中心 A区呈黄褐色，过渡 B 区为黄色，边缘Ｃ区呈微微泛白的浅黄色。随着烧蚀时间增加到10s，样品表面依然保持完整，但颜色加深，呈现红褐色。随着烧蚀时间增加到15s，表面开始出现烧蚀坑，且有少量的黑色物质飞溅到样品边缘。当烧蚀时间增加到20s和25s时，蚀坑深度随时间而增加，烧蚀剥落的物质飞溅到样品边缘，表面颜色也逐渐从红褐色加深到黑色，但样品的整体形状依然保持完整，没有出现迸裂、开裂现象，说明Ti₃SiC₂材料在氧乙炔焰下烧蚀25s内样品整体保持完整性，无宏观裂纹出现。

图4 Ti₃SiC₂线烧蚀率和质量烧蚀率随烧蚀时间变化图

烧蚀时间为5s时，Ti₃SiC₂的线烧蚀率为-2.00μm/S （“ － ”号表明烧蚀造成表面出现剥落凹坑，样品形状保持不变），且烧蚀前15s内样品的线烧蚀率都在-2.00μm/S左右。当烧蚀时间为 20s时，样品的线烧蚀率为-56μm/S，烧蚀变形速度最快，这是由于在中心烧蚀区域热腐蚀引起样品形状发生显著变化，如图4 所示。然而在25s的线烧蚀率-45.20μm/S，样品厚度减少速率比20s时有所减慢，这可能与表面物质熔融引起的形状变化有关。

在5s和10s时，质量烧蚀率分别为-1.32μm/S和 -1.61μm/S （“ － ”号表明烧蚀后样品质量的减少），烧蚀 15-25s 后质量减少速率随时间而增大，当烧蚀时间为25s时，质量烧蚀率最大，达到-43.28μm/S。

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