1 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东 青岛 266580
2 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院,山东 青岛 266580
3 中国石油大学(华东)新能源学院,山东 青岛 266580
利用COMSOL Multiphysics软件建立了电化学-气体流动-物质传递-温度相耦合的多物理场模型,将多物理场数值计算得到的不均匀温度场分布作为热载荷施加至ABAQUS模型中,基于由Wen-Tu蠕变延性耗竭模型开发的蠕变损伤子程序,研究了固体氧化物燃料电池(SOFC)的蠕变损伤行为,预测了蠕变裂纹演化过程。结果表明,SOFC各构件蠕变变形与损伤在运行初期迅速增大后基本保持不变,下连接体最先达到临界损伤值,是潜在危险区域,最容易发生失效;50 000 h后,SOFC出现2处蠕变损伤,最大裂纹发生于下连接体与阴极材料交界且距空气流道入口1.1 mm处,长度为1.6 mm,为非贯穿裂纹,较整体结构尺寸相比损伤较小不会发生气体泄漏,可以满足40 000 h的商业安全运行要求。
固体氧化物燃料电池 不均匀温度场 蠕变损伤 裂纹扩展 solid oxide fuel cell uniform temperature field creep and damage crack propagation
1 西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室
2 西北工业大学 西北工业大学-斯洛伐克科学院联合研究中心
3 西北工业大学 航空学院, 西安 710072
研究了采用化学气相渗透工艺制备2D-SiCf/SiC复合材料的真空蠕变性能, 蠕变温度为 1200、1300和1400 ℃, 应力水平范围为100~140 MPa。用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(TEM)分别观察分析了2D-SiCf/SiC复合材料的蠕变断口形貌和微观结构。结果表明, 2D-SiCf/SiC复合材料的主要蠕变损伤模式包括基体开裂、界面脱粘和纤维蠕变。桥接裂纹的纤维发生蠕变并促进了基体裂纹的张开、位移增大, 进一步导致复合材料蠕变断裂, 在复合材料蠕变过程中起决定性作用。2D-SiCf/SiC复合材料的蠕变性能与SiC纤维微观结构的稳定性密切相关。在1200 ℃/100 MPa时, 纤维晶粒没有长大, 复合材料的蠕变断裂时间大于200 h; 蠕变温度为1400 ℃时, 纤维晶粒明显长大, 2D-SiCf/SiC复合材料蠕变断裂时间缩短至8.6 h, 稳态蠕变速率增大了三个数量级。
2D-SiCf/SiC复合材料 蠕变性能 蠕变损伤 SiC纤维 2D-SiCf/SiC composite creep properties creep damage SiC fiber