[发明专利]一种陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法

权利要求书

1.一种陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，获取陶瓷基复合材料的体积和质量，并计算得到材料的密度；

步骤2，根据材料在纤维方向的横截面，统计纤维总根数，计算碳界面的平均厚度及纤维平均直径；

步骤3，根据材料横截面上的纤维之间是否相互接触以及接触点的多少，将材料横截面上的纤维分为独立纤维、单点接触纤维、两点接触纤维及多点接触纤维，并统计相应类型纤维的个数；

步骤4，基于碳界面的平均厚度、纤维平均直径以及纤维之间接触点的多少，计算每种类型纤维外侧碳界面的面积，并进一步计算出材料含有的碳质量分数；

步骤5，获取材料外表面的基体裂纹个数a，测量相邻基体裂纹之间的距离以及材料在纤维方向的两个横截面与邻近基体裂纹之间的距离，共a+1个距离，将上述距离从小到大排序，将最小距离作为第1距离，最大距离作为第a+1个距离；

步骤6，基于氧化动力学方程，计算材料在不同氧化时刻下的碳界面消耗长度r_c；

步骤7，将碳界面消耗长度r_c与步骤5求得距离的1/2进行比较：当r_c<最小距离/2时，碳界面消耗总长度为l_{c_c}＝(2a+2)r_c；当r_c≥最大距离/2时，碳界面消耗总长度l_{c_c}为步骤5求得的所有距离之和；当r_c处于某两个距离的1/2之间时，即x＝1,…,a，l_{c_c}等于第1至第x个距离之和加上(2a+2-2x)r_c；

步骤8，基于材料横截面上碳界面的总面积与碳界面消耗总长度，计算得到材料氧化过程中的碳界面消耗体积及其分布规律。

2.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤2所述碳界面的平均厚度，计算公式为：

其中，e为碳界面的平均厚度，n为纤维总根数，e_i表示随机选取纤维总根数的1/100中第i根纤维周围的碳界面厚度。

3.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤2所述纤维平均直径，计算公式为：

其中，d_f为纤维平均直径，n为纤维总根数，d_fi表示随机选取纤维总根数的1/100中第i根纤维的直径。

4.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤4所述纤维外侧碳界面的面积，计算公式为：

其中，S_cj为与其他纤维之间存在j个接触点的纤维外侧碳界面的面积，j＝0,1,…,q，q为纤维之间最大接触点的个数，r_f为纤维平均半径，e为碳界面的平均厚度。

5.根据权利要求1所述陶瓷基复合材料氧化环境碳界面消耗体积确定方法，其特征在于，步骤6所述碳界面消耗长度r_c，计算公式为：

其中，k₀为碳界面的氧化反应速率常数，E_a为碳界面的氧化反应活化能，R为通用气体常数，T为环境温度，为环境中的氧气分压，M_c为碳界面的摩尔质量，ρ_c为碳界面的密度，t是氧化反应时间。