[发明专利]二硼化锆-碳化硅复合材料氧化层非线性演变计算方法

权利要求书

1.二硼化锆-碳化硅复合材料氧化层非线性演变计算方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对二硼化锆-碳化硅复合材料实验样品进行不少于3个保温时间段的等温氧化实验；对实验后的每个氧化后的实验样本分别进行步骤(2)-(4)的处理：

(2)将待实验样品冷却至室温后加工获得氧化后实验样品的剖面或者截面结构，干燥保存并防止氧化层发生脱落；

(3)确定实验样品剖面或者截面的氧化层分层结构，若为2层结构，则为表面玻璃相层和次表面氧化物；若为3层结构，则为表面玻璃相层、次表面氧化层和碳化硅主动氧化耗尽多孔层；

(4)将经步骤(2)获得的样品放置扫描电子显微镜或者高分辨率光学显微镜下观察，依据步骤(3)确定氧化层的结构类型，测量各氧化分层的厚度；

(5)根据氧化层结构的不同分别建立氧化层厚度随时间演变的微分方程组；

(6)确定微分方程组的初始条件和特征参数初值，求解微分方程组，获得氧化层厚度的理论计算值；所述的特征参数包括氧化层i的动力学控制氧化层增长参数K_i、扩散控制氧化层增长参数h_i、氧化层非线性增长函数A_i中的未知参数；i＝1、2或1、2、3；i＝1代表表面氧化层，i＝2代表次表面氧化层，i＝3代表碳化硅主动氧化耗尽多孔层；

(7)通过改变特征参数值，迭代计算各层氧化层厚度的理论值，迭代计算直至所有实验氧化层厚度与计算氧化层厚度的偏差绝对值均小于指定精度，据此确定满足精度要求的方程组特征参数；

(8)固定微分方程组特征参数，求解不同温度、任意氧化时间下氧化层厚度定量演变规律。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：2层结构氧化层厚度随时间演变的微分方程组具体形式为：

其中，T为温度，t为时间，L₁(T,t)为表面氧化层理论厚度，L₂(T,t)为次表面氧化层理论厚度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：3层结构氧化层厚度随时间演变的微分方程组具体形式为：

其中，T为温度，t为时间，L₁(T,t)为表面氧化层理论厚度，L₂(T,t)为次表面氧化层理论厚度，L₃(T,t)为碳化硅主动氧化耗尽多孔层理论厚度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的A_i为氧化层增长的非线性描述函数，具体形式包括氧化时间的幂函数、指数函数和多项式函数，同一微分方程组的不同方程之间既可以选择相同也可以选择不同的非线性函数形式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：迭代计算直至所有实验氧化层厚度与计算氧化层厚度L_i(T,t)的偏差绝对值均小于指定精度，具体实施是可用以下公式判别：

其中，error为设定的迭代计算精度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：实验样品加工成圆片或者方片形状，采用马弗炉或者热重分析仪等温氧化。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：氧化后实验样品在扫描电子显微镜测量前经表面喷金处理。