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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开一种高温湿氧环境中SiCPyCSiC复合材料内部腐蚀形貌预测方法，基于周期性假设将真实的复合材料简化为含微裂纹的单向复合材料单元；建立湿氧环境中SiC基体、SiC纤维和PyC界面的氧化动力学模型；基于传质学和氧化动力学建立裂纹通道和界面环形通道内的质量守恒微分方程；建立微分方程的边界条件和连续性条件；采用四阶龙格库塔法与二分法相结合的数值解法求解氧气浓度场和氧气浓度梯度场，进而求出复合材料内部的腐蚀形貌。本发明基于气体的质量守恒，能够实时预测复合材料基体裂纹内部氧化剂浓度、氧化层厚度、界面消耗长度以及气流通道形貌随时间和环境的耦合变化。

主权项：1.一种高温湿氧环境中SiCPyCSiC复合材料内部腐蚀形貌预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过测量试验获取真实SiCPyCSiC复合材料的几何参数；步骤2：基于周期性假设将真实的SiCPyCSiC复合材料简化为含微裂纹的单向复合材料单元；步骤3：建立湿氧环境中SiC基体、SiC纤维和PyC界面的氧化动力学模型；所述步骤3中SiC基体和SiC纤维在高温湿氧环境中的氧化腐蚀反应方程式根据Cappelen的研究分别表示为：SiC+2O2→SiO2+CO2 式中：j表示碳的化学计量数，k表示氧的化学计量数；所述湿氧环境中SiC纤维和SiC基体表面氧化层厚度与氧化时间的相互关系统一表示为：h2＝Bt式中，h表示SiC材料氧化后表面形成的氧化层厚度，t表示氧化时间，B表示氧化层厚度增长的抛物线速率常数；所述抛物线速率常数B表示为：式中，K表示亨利常数，PO2表示环境中的氧气分压力，Ce表示氧气在氧化层内的等效浓度，N表示单位体积的氧化层中所含的氧分子的摩尔数，Πo2-scaleH2O表示湿氧环境中氧气在氧化层中的渗透率；所述环境中的氧气分压力根据气体状态方程表示为：PO2＝CoxyRT式中，R表示气体常数，T表示温度，Coxy表示湿氧环境中的氧气浓度；所述湿氧环境中氧气在氧化层中的渗透率根据Oplia的研究表示为：Πo2-scaleH2O＝Πo2-scale{1+q[PH2O]p}式中，Πo2-scale表示干氧环境中氧气在氧化层中的渗透率，PH2O表示湿氧环境中的水蒸气分压力，q和p是拟合参数；所述步骤3湿氧环境中PyC界面的氧化反应表示为：C+O2→CO2所述PyC界面氧化过程中的质量减小与时间的相互关系表示为：Δm＝kct式中，Δm表示单位面积PyC界面氧化过程中的质量损失，单位为kgm2，t表示氧化时间，kc表示PyC界面质量损失的线性速率常数，单位为kgm2·s；所述PyC界面质量损失的线性速率常数kc表示为：式中，katm表示PyC在latm纯氧环境下氧化的线性速率常数，Catm表示1atm纯氧环境下的氧气浓度，n表示PyC氧化的反应指数；步骤4：基于传质学和氧化动力学建立裂纹通道和界面环形通道内的质量守恒微分方程；步骤5：建立微分方程的边界条件和连续性条件；步骤6：采用四阶龙格库塔法与二分法相结合的数值解法求解氧气浓度场和氧气浓度梯度场，进而求出SiCPyCSiC复合材料内部的腐蚀形貌。

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