关键词： SiC/SiC   陶瓷基复合材料   低速冲击   损伤特性   剩余强度  

摘要： 高速飞行器中的陶瓷基复合材料结构在服役过程中不可避免地会遇到低速冲击问题,低速冲击后的损伤形式以及剩余承载能力是影响飞行器结构安全的关键问题.本研究以二维编织SiC/SiC复合材料板件为研究对象,在不同能量下开展了低速冲击试验,分析了低速冲击载荷下试验件的表面损伤状态,通过计算机断层扫描技术观察了试验件内部的损伤形貌,结合冲击过程中的冲击响应曲线以及应变历史曲线,分析了SiC/SiC复合材料低速冲击过程的损伤机理.针对含勉强目视可见损伤的试验件开展了冲击后剩余强度试验,研究了勉强目视可见损伤对SiC/SiC 复合材料剩余承载性能的影响.结果表明,在低速冲击载荷的作用下,试验件的表面损伤主要包括无表面损伤、勉强目视可见损伤、半穿透损伤以及穿透损伤,试验件的内部损伤主要有锥形体裂纹、纱线断裂以及分层损伤.低速冲击损伤会严重影响SiC/SiC复合材料的剩余性能,虽然试验件损伤勉强目视可见,但其剩余压缩强度为无损件 81％,剩余拉伸强度仅为无损件的 68％.

关键词： SiO   /SiO   复合材料   烧结温度   拉伸   弯曲   韧性  

摘要： 通过系统研究烧结温度对SiO2f/SiO2陶瓷基复合材料的密度、孔隙率、微观形貌、拉伸性能、弯曲性能及韧性的影响,获得了高强高韧性复合材料。随着烧结温度升高,材料密度升高;而孔隙率先降后升,归因于基体的收缩增加,且在850℃下收缩严重产生了微裂纹。微观形貌结果表明:随着烧结温度升高,收缩增加,SiO2基体由粗糙变得光滑;基体由颗粒黏接状转变为陶瓷熔融状;且纤维与基体结合由弱变强。随着烧结温度的升高,拉伸强度逐渐降低。拉伸性能主要取决于复合材料的韧性。随着烧结温度升高,弯曲强度先升后降,并在700℃取得最高值71 MPa。只有在基体具备一定强度前提下,韧性才能充分发挥作用。在650℃～750℃烧结温度制度下,复合材料可实现拉伸性能、弯曲性能与韧性的最优化。

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 CMC在激光作用下可呈现两种截然不同的状态，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粘后，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，并在扩展的过程中发生偏转、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减小了51.4%和56.5%，同时表面粗糙度可降低至Sa4.228μm。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： 美国能源部   陶瓷基复合材料   西屋公司   微型热管   核能   资助   实验室   门户  

摘要： 【美国能源部网站2023年12月19日报道】美国能源部2023年12月19日宣布,七家企业将获得“核能加速创新门户”(GAIN)计划2024年第一轮资助,能够在国家实验室帮助下推进相关技术研发。西屋公司(Westinghouse)将与橡树岭国家实验室(ORNL)合作,对可能用于其微型热管堆eVinci的陶瓷基复合材料进行辐照测试和辐照后检查。

关键词： 复合材料   磨削角度   顺/逆磨   材料去除模型  

摘要： 通过正十二边形磨削轨迹测试方法研究了单向C/SiC的磨削力和加工表面质量的影响机制。研究发现,相较于顺磨,逆磨的切向磨削力减小10%~25%,法向磨削力减小30%~50%,表面粗糙度减小25%~65%;纤维磨削角对磨削特性具有显著影响,顺纤维磨削时,磨削力由大到小的纤维磨削角排序为60°、30°、90°、0°,逆纤维磨削时的排序为120°、90°、150°、180°;加工表面粗糙度Sa由大到小的纤维磨削角排序为0°、150°、120°、30°、60°、90°;C/SiC磨削加工时,材料的变形回弹效应较明显。对比了不同纤维磨削角下的表面微观形貌,提出了磨削材料去除模型。

关键词： 先驱体转化陶瓷   硅硼碳氮陶瓷(SiBCN)   陶瓷纤维   陶瓷基复合材料   功能陶瓷  

摘要： 先驱体转化法是制备高性能陶瓷材料的重要方法,尤其在连续纤维及其复合材料(FRCMC)的制备、元素组成与微结构调控等方面具有显著优势。先驱体转化SiBCN陶瓷具有多元素含量可调、化学键合结构可控的特点,构建了不同结构特征和特殊性能的陶瓷材料。近几年,先驱体转化SiBCN陶瓷发展呈现出新的特点,结构功能一体化设计与制备技术受到了国内外的广泛关注。本文主要梳理了2016年至今先驱体转化SiBCN陶瓷的国内外研究进展,首先简要介绍先驱体转化SiBCN陶瓷的主要特点,然后以先驱体转化陶瓷产物的典型特点为分类依据,分别从SiBCN陶瓷先驱体及其陶瓷产物、连续SiBCN陶瓷纤维、SiBCN基复合材料和功能化SiBCN陶瓷4个方面综述了主要研究进展,提出了未来发展趋势和重点任务,期望为SiBCN陶瓷研制与应用研究提供参考,促进我国先进陶瓷材料的发展进步。

关键词： 航空发动机   陶瓷基复合材料   二维编织SiC/SiC复合材料   拉伸性能   断口形貌  

摘要： 为了研究环境温度对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响,在室温和800℃,1000℃,1200℃惰性气体保护环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸试验。采用数字图像相关技术采集了高温环境下试件的变形数据。通过光学显微镜和扫描电子显微镜拍摄了试件的断口形貌。结果表明:800~1200℃内,二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸应力-应变响应同样具有明显的双线性特征,初始线性段的弹性模量与室温测试结果相近,高温环境下第二线性段弹性模量低于室温环境;800~1200℃惰性气体环境下材料拉伸强度较室温环境低20%左右;温度主要影响材料中纤维与基体的结合状态和SiC纤维的强度。一方面,温度越高断口纤维拔出情况越严重;另一方面,温度越高SiC纤维强度越低,二维编织SiC/SiC复合材料强度也有所下降。

关键词： 陶瓷基复合材料   内嵌孔   加工方法   机械加工   超声振动辅助加工   激光加工  

摘要： 陶瓷基复合材料是一种典型的难加工材料，除了各向异性的特点外，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼。航空发动机热端部件内嵌孔(气膜孔等)是陶瓷基复合材料部件的基本结构，对陶瓷基复合材料构件制备成型和服役性能的发挥具有重要意义。本文给出了陶瓷基复合材料热端部件内嵌孔的分类及用于加工陶瓷基复合材料内嵌孔的方法，包括常规机械加工方法、超声振动辅助加工方法、激光加工方法等，阐述了上述加工方法的加工原理、工艺特征、工艺参数的选取及加工缺陷特征、形成机制等，给出了不同直径、深径比陶瓷基复合材料内嵌孔加工工艺的建议。

关键词： 陶瓷基复合材料   纤维损伤   烧结助剂   力学性能   界面反应  

摘要： 在制备Csf/SiC-BN-ZrC-ZrB2多相陶瓷基复合材料时，如何有效促进其烧结致密化过程，同时减少对碳纤维的损伤一直是该复合材料工程应用中面临的一大难题。通过在原料中添加B4C-Cg、Al2O3-Y2O3、酚醛树脂等烧结助剂，采用热压工艺制备了Csf/SiC-BN-ZrC-ZrB2复合材料。采用XRD、SEM、EDS、力学性能测试等方法详细研究了烧结助剂类型及含量对复合材料微观组织、力学性能、碳纤维结构等的影响规律。结果表明，添加B4C-Cg（2 wt.%）能够在一定程度上缓解碳纤维受到的损伤，复合材料的断裂韧度达7.39 MPa·m1/2，且呈现非脆性断裂模式。当B4C-Cg的含量为4 wt.%时，过量的烧结助剂无助于复合材料力学性能的继续提高，也无法更加有效地避免碳纤维受到的侵蚀损伤。添加酚醛树脂加大了碳纤维与陶瓷基体之间分散的难度，纤维出现严重的团聚、架桥等现象，致使复合材料力学性能下降。添加Al2O3-Y2O3能显著提高复合材料的弯曲强度(σbb=147.45 MPa)，但生成的YAG相对碳纤维侵蚀严重，纤维的拔出长度较短且表面粗糙，复合材料的断裂韧度为6.94 MPa·m1/2。添加B4C-Cg可以适当消除陶瓷粉体表面的氧化膜和杂质，促进原子扩散和复合材料致密化，同时能够在一定程度上减轻碳纤维受到的反应侵蚀损伤现象。