关键词： 雷达隐身   电磁损耗机制   高温吸波   陶瓷基复合材料  

摘要： 雷达探测技术的发展对武器装备热端部件提出更高的隐身要求,而耐高温吸波复合材料是解决雷达隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义,因此国内外研究学者针对吸波材料进行了大量研究。本文介绍了电磁波的不同吸收原理,包括磁损耗型、介电损耗型、电损耗型。综述了碳基、金属基、三元层状化合物以及陶瓷基吸波复合材料等常用耐高温吸波材料的最新研究进展。碳基材料(石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等)多采用复合耐高温材料的方式发挥其吸波性能并解决高温氧化问题;金属氧化物材料(ZnO、MnO_(2)、Fe_(3)O_(4)等)采取调整材料微结构的方式来增加界面极化损耗;三元层状化合物材料(主要为Ti_(3)SiC_(2))主要配合Al2O3、堇青石等不同的热稳定性基体中使用,以此解决纯度以及高温氧化的问题。而陶瓷吸波材料因其出色的热稳定性成为在相对高温下研究最多的类别,本文总结了SiC二元以及SiCN、SiOC、SiBCN多元陶瓷吸波材料的最新研究进展,SiC二元吸波材料多采用元素掺杂及微结构调控的方式来提升吸波性能;SiCN三元吸波材料介电性能优异,目前的研究大多数采用复合磁性颗粒(Fe、Co、Ni)的方法;SiOC三元吸波材料成本低、导电性好,研究人员通过添加超高温陶瓷、BN等第二相组元方式来进一步发挥其吸波性能;而针对SiBCN四元吸波材料的吸波性能提升措施主要包括材料复合(高介电常数材料或者过渡金属)以及前驱体分子结构调整两种方式。最后本文从吸波频宽、耐温性能、多频谱兼容隐身等方面展望了耐高温吸波复合材料的发展趋势,旨在为未来新型吸波材料的发展提供新的研究思路。

关键词： 陶瓷基复合材料   高速冲击   异物损伤   剩余拉伸强度   数字图像相关技术  

摘要： 连续纤维增韧陶瓷基复合材料以其良好的高温性能而被广泛应用在航空发动机等高温部件处,但服役过程中容易受到异物碎片冲击,这受到了广泛关注。研究采用轻气炮对化学气相渗透(CVI)技术制备的2D-SiC/SiC试样进行弹丸冲击,利用高速摄像机记录冲击过程,使用光学显微镜和CT观察异物损伤(FOD)的表面和内部结构,探讨了2D-SiC/SiC复合材料的高速冲击损伤特性。结果表明,2D-SiC/SiC复合材料的高速冲击损伤形式包括锥形裂纹、层间分层、纤维断裂以及基体压溃等。通过表征损伤发现,试件背部损伤和边缘处分层损伤由反射拉伸波造成,随着冲击速度提升,弹丸与拉伸波共同作用会造成试件穿透,试件边缘分层损伤减弱。对高速冲击后的试件进行准静态拉伸试验,明确了剩余力学性能与冲击速度、弹丸直径的关系,表明剩余拉伸强度是表征冲击损伤程度的有效参数。同时,采用数字图像相关(DIC)方法获得拉伸过程中的应变分布,并结合不同弹丸直径、冲击速度冲击后的剩余拉伸强度,进一步对比探究不同变量对冲击损伤的影响。研究结果表明弹丸直径是高速冲击损伤程度的主要影响因素。

关键词： 陶瓷基复合材料   C_(f)/SiC复合材料   超声振动辅助铣削   材料去除机理   铣削力模型   加工损伤   剩余强度  

摘要： 碳纤维增强陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC复合材料)具有良好的化学和热稳定性、高比强度、耐高温以及低密度等优点,被广泛应用于航空航天、高速列车以及核能等领域。目前陶瓷基复合材料构件普遍采用近净成形技术制备,但仍需进行二次加工以满足最终装配的尺寸精度和几何公差。然而,由于C_(f)/SiC复合材料具有各向异性和多相非均质的材料特性,其高效低损伤加工需求备受关注。因此,系统地综述了文献报道的C_(f)/SiC复合材料超声振动辅助铣削加工技术相关研究进展。首先概述了陶瓷基复合材料传统机械加工以及特种能场辅助加工技术的研究现状。其次,从陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工过程中直角切削试验和有限元仿真两方面总结了材料去除机理和超声作用机制;介绍了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削中切削力建模的方法和陶瓷基复合材料加工表面损伤及其剩余强度方面的研究。最后,分析了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工的发展趋势以及展望未来研究方向。

关键词： 碳纤维增韧陶瓷基复合材料   氧化机理   损伤失效   实验   氧化模型  

摘要： 碳纤维增韧陶瓷基复合材料兼具陶瓷材料优良的抗氧化腐蚀性能和碳纤维材料增强增韧的力学性能，已成为最有潜力的高超声速飞行器热防护候选材料。碳纤维增韧陶瓷基复合材料在多物理场耦合服役环境下的高温氧化损伤失效机理对热防护材料设计及性能表征与评价至关重要，也一直是国内外学者研究的热点。本文从高温氧化机理、耦合失效实验、高温氧化模型三个方面对C/SiC和C/ZrB2-SiC复合材料进行详细论述和总结，对相应的研究方法的局限性和适用范围进行分析和评价，并展望了碳纤维增韧陶瓷基复合材料氧化损伤研究的发展趋势，进而为碳纤维增韧陶瓷基复合材料在热力氧耦合条件下的热/力响应及性能评价研究奠定理论模型基础。

关键词： Ceramic Matrix Composites   Weave Pattern   Boundary Layer Transition   Pit   Flow Loss  

摘要： Ceramic matrix composites(CMCs) are one of the most promising materials in the field of gas turbines,with superior weight and thermal properties. Its surface morphology is different from the traditional casting airfoil components, which mainly comes from different weaving methods and different braided tow thickness. However, few people have studied the influence of surface morphology of ceramic matrix composites(CMCs) on the development of boundary layer and the resulting flow loss. In this paper, Tex Gen is used to generate different surface morphology structures of ceramic matrix composites(CMCs), and the surface flow characteristics of corresponding CMCs plates are numerically studied. It is found that the slope of the displacement thickness of the woven surface first increases and then decreases in the whole transition interval. Thicker braided tow thickness and denser braiding method will induce earlier flow transition phenomenon and produce greater flow loss;The flow loss on the surface of CMCs plate is mainly composed of the vortex loss in the pit and the boundary layer loss outside the pit, and the boundary layer loss is dominant. The weaving methods has a greater influence on the flow state and flow loss of the boundary layer.

关键词： 陶瓷基复合材料   单晶金刚石   车削参数   正交试验  

摘要： 介绍了陶瓷基复合材料(CMC)材料材料特点以及在航空发动机中的应用,以及单晶金刚石刀具优势以及在新型材料加工中的应用。通过分析航空发动机尾锥加工工艺,确定主要的加工难点,并通过增加零件工艺过程的刚性,将加工难点聚焦至车削参数的优化。基于此,设计车削正交试验,得到最佳车削参数。随后进行优化参数的切削对比试验,并验证了其优化参数的切削效果。最后总结了零件工艺过程并提出了实际零件加工过程中切削参数的调整方法。

关键词： 陶瓷材料   陶瓷基复合材料   发展前景  

摘要： 陶瓷基复合材料是一种由陶瓷和增强体组成的复合材料,这种材料具有一系列优异的性能,比如良好的机械强度(高强度、高硬度)、良好的稳定性(抗氧化、抗腐蚀)等。因此,陶瓷基复合材料在航空航天、汽车和能源领域都得到了广泛的应用。随着科技的不断发展,陶瓷基复合材料的性能和制备工艺将得到进一步提高和完善,为各领域的发展提供更好的技术支持。

关键词： 陶瓷基复合材料   PyC界面相   均匀性   微观结构  

摘要： 陶瓷基复合材料力学性能与界面相的微观结构和均匀性有密切关系。本研究在碳纤维布表面沉积PyC界面相,探究沉积温度、丙烯分压、滞留时间和氢气分压等工艺参数对PyC界面相微观结构及均匀性的影响规律。使用多种手段对PyC界面相微观形貌、织构进行表征,并分析了微观结构、均匀性与工艺参数之间的内在关联。结果表明:界面相织构的规整度随沉积温度和丙烯分压的提高而提高,随氢气分压的提高而降低,而受滞留时间影响较小;沉积温度和丙烯分压升高均导致界面相厚度分布更加不均匀,且丙烯分压过高会直接产生炭黑,延长滞留时间有利于提高界面相的均匀性;对于中织构和高织构,随着氢气分压提高,界面相均匀性先降低后增加,而低织构的界面相均匀性受其影响较小。最后,阐明了PyC界面相生长模式,揭示了工艺参数对PyC界面相织构形态及均匀性的影响规律,为PyC界面相的精细调控提供了基础。

关键词： 陶瓷基复合材料   激光   超声磨削   多能场   微观形貌   磨削力  

摘要： 目的揭示激光与Cf/C-SiC陶瓷基复合材料相互作用机理,分析激光能量密度对材料形性演变的影响规律。提出Cf/C-SiC陶瓷基复合材料激光复合超声磨削加工方案,探究硬脆材料多能场复合加工的可行性。方法使用不同能量密度的激光束扫描Cf/C-SiC陶瓷基复合材料表面,以明确材料烧蚀行为。在材料表面预制不同间距的平行纹理沟槽,进而对比传统磨削、超声辅助磨削和激光复合超声磨削的加工效果,同时研究不同扫描间距的预制沟槽对磨削效果的影响规律。结果陶瓷基复合材料(CMC)在激光作用下可呈现2种截然不同的状态,改性状态时材料以氧化等热化学变化为主,样件内出现热影响区和裂纹区。烧蚀状态时材料以热物理和热机械变化为主,样件内出现烧蚀凹坑、重铸层、热影响区和裂纹区。纤维束中界面经整体脱黏后,裂纹向下延伸并发生偏转。基体中的裂纹多起源于纤维界面处,并在扩展过程中发生偏转、分叉。激光烧蚀作用可改变材料的可加工性,有利于后续超声磨削加工。激光复合超声磨削的两方向磨削力相较传统磨削分别减小了51.4%和56.5%,同时表面粗糙度Sa可降低至4.228μm。结论激光复合超声磨削可有效降低磨削力和加工表面粗糙度,从而提高加工质量,该方法在实现硬脆材料高质量低成本加工方面具有较大的潜能。

关键词： 陶瓷基复合材料   SiC/SiC复合编织管   石英灯辐照加热   热冲击   失效机理  

摘要： 以二维二轴编织的SiC/SiC复合编织管为研究对象,研究其抗热冲击性能及失效机理。自主搭建了基于石英灯辐照加热的循环热冲击试验平台,基于该平台开展了SiC/SiC复合编织管的循环热冲击试验考核,并对循环热冲击后的复合编织管进行了径向压缩测试,探究了复合编织管力学性能与破坏机理,拟合得到了热冲击强度退化经验公式。研究结果表明,搭建的循环热冲击试验平台能够模拟快速升降温的实际服役环境,最高升温、降温速率在试验过程中分别可达约40、60℃/s。随着热冲击循环次数的增加,SiC/SiC复合编织管环向拉伸强度下降,且降幅随之增大。热冲击产生的热应力导致纤维周围的基体产生微裂纹,弱化了纤维束与基体之间的连接,这是复合编织管强度降低的原因之一。拟合的强度退化经验公式能够准确描述强度退化规律,可以满足工程应用需求。