【摘要】：航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片表面溫度及其分布的精準(zhǔn)測(cè)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和維護(hù)等環(huán)節(jié)至關(guān)重要。晶體測(cè)溫方法具有尺寸小、精度高、可陣列式分布、無(wú)需引線等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于渦輪轉(zhuǎn)子葉片榫頭、緣板以及處于封閉或半封閉環(huán)境下高速旋轉(zhuǎn)部件等特殊位置的表面,可以提供精準(zhǔn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件表面溫度分布信息。本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片晶體測(cè)溫的判讀技術(shù)需求為背景,開(kāi)展SiC晶體測(cè)溫技術(shù)的研究,主要研究?jī)?nèi)容包括:SiC晶體晶格常數(shù)的XRD測(cè)試方法研究、晶體測(cè)溫技術(shù)數(shù)據(jù)處理方法研究及晶體測(cè)溫判讀軟件的編寫與可視化界面實(shí)現(xiàn),此外還進(jìn)行了AlN薄膜測(cè)溫技術(shù)探索研究。首先,開(kāi)展了中子輻照后SiC晶體的退火標(biāo)定與XRD測(cè)試方法研究。采用高溫退火爐對(duì)中子輻照后的SiC晶體進(jìn)行退火熱處理。拉曼光譜結(jié)果表明,SiC晶體在500-1400℃高溫退火5min后,中子輻照導(dǎo)致出現(xiàn)的新峰、拖尾現(xiàn)象以及峰位紅移在1100℃逐漸消失,晶格內(nèi)部殘余缺陷濃度隨著退火溫度的升高而逐漸降低,晶格內(nèi)部逐漸恢復(fù)至未輻照時(shí)的長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)。采用高分辨X射線衍射儀對(duì)SiC晶體的晶格參數(shù)的測(cè)試方法進(jìn)行了研究,通過(guò)φ掃描找到了切割SiC晶體的衍射位置,2θ掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn),樣品的2θ衍射角隨退火溫度升高以近似線性的趨勢(shì)增大,半高寬(FWHM)隨退火溫度升高以近似線性的趨勢(shì)降低。其次,開(kāi)展了SiC晶體測(cè)溫技術(shù)數(shù)據(jù)處理方法研究。對(duì)SiC晶體XRD衍射圖譜進(jìn)行分析得到在500-1400℃分別標(biāo)定5min、10min和15min樣品的晶格參數(shù)2θ與半高寬,建立2θ和半高寬與退火溫度和時(shí)間的數(shù)據(jù)庫(kù),并且通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式繪制標(biāo)定曲線。采用迭代算法對(duì)實(shí)際工作的SiC晶體的歸一化時(shí)間歷程曲線進(jìn)行等效時(shí)間計(jì)算,獲得不同歸一化時(shí)間歷程曲線的等效時(shí)間,根據(jù)等效時(shí)間和樣品的XRD測(cè)試獲得的2θ和半高寬參數(shù),對(duì)照標(biāo)定曲線判讀SiC晶體所經(jīng)歷的最高溫度。第三,采用MATLAB編寫了SiC晶體測(cè)溫可視化判讀軟件,軟件可對(duì)歸一化時(shí)間歷程曲線進(jìn)行等效時(shí)間計(jì)算,輸入晶格參數(shù)2θ與半高寬值,可輸出兩個(gè)判讀溫度進(jìn)行對(duì)比,并可將其優(yōu)化為一個(gè)更加精確的溫度判讀結(jié)果,利用GUI實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)處理與溫度判讀的整合,操作簡(jiǎn)便快捷,并且將GUI文件轉(zhuǎn)換成EXE可執(zhí)行文件作為單獨(dú)軟件運(yùn)行。晶體測(cè)溫判讀軟件的測(cè)溫范圍為500-1400℃,測(cè)溫誤差僅為0.447%。最后,開(kāi)展了AlN薄膜測(cè)溫技術(shù)的探索研究。采用反應(yīng)濺射方法制備(002)取向AlN薄膜,并優(yōu)化工藝參數(shù)選取弱取向AlN薄膜作為實(shí)驗(yàn)樣品。在400-1000℃范圍內(nèi)退火60 min,SEM表征結(jié)果表明(002)弱取向AlN薄膜退火后出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象,XRD測(cè)試結(jié)果表明半高寬與2θ值隨退火溫度的升高分別呈現(xiàn)單調(diào)減小和增大的趨勢(shì),證明了(002)弱取向AlN薄膜用于晶體測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用潛力。
【圖文】：

第一章 緒 論景及意義為航空飛行器的核心組件，，其發(fā)展和進(jìn)步程工業(yè)制造能力[1,2]。新型高效發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和任務(wù)，因發(fā)動(dòng)機(jī)的效率隨工作溫度的升高而料，由于材料的強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低在高溫環(huán)境下的正常使用以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正通常要低于某一特定材料的最高溫度 100℃以及研究精確的測(cè)溫技術(shù)顯得尤為重要，但動(dòng)機(jī)元件在被測(cè)試過(guò)程中保持完整，不會(huì)因影響被測(cè)材料的熱性能又能夠準(zhǔn)確測(cè)溫，使有挑戰(zhàn)性的難題。

圖 1-2 測(cè)溫晶體校準(zhǔn)圖的示意圖[19]08 年 S. Shukin 等人在 ASME 渦輪博覽會(huì)議提到 Sieme將測(cè)溫晶體安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等熱區(qū)，測(cè)量金屬表面和分析表明，渦輪冷卻空氣可以以降低總空氣消耗的方式個(gè)更均勻的表面溫度分布的熱截面組件，從而減少熱，加上從壓縮機(jī)增加 1.5%的氣流，然后被用來(lái)增加功率測(cè)溫技術(shù)對(duì)流動(dòng)路徑組分的熱態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的映射，件壽命模型，以探討再分配和減少總冷卻空氣消耗的多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)，對(duì)渦輪的三維 Navier-Stokes 氣動(dòng)葉片進(jìn)行了三維熱狀態(tài)模型的標(biāo)定，最后將所得結(jié)果限元力學(xué)完整性分析[20,21]。2011 年 I. V. Bachuchin 等人理，并給出了應(yīng)用實(shí)例。該裝置的工作是基于輻照下器中的膨脹，并根據(jù)加熱的持續(xù)時(shí)間和溫度降低這種技術(shù)特點(diǎn)為測(cè)量溫度范圍 150-1400℃；最高溫度下時(shí)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V232.4

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本文編號(hào)：2690785