关键词： 氧化铝   料浆结合PIP   碳化硅纤维   陶瓷基复合材料  

摘要： 连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC)具有低密度、耐高温、低氙渗透率和优异的辐照稳定性的优点,在航空、航天、核能等领域具有广泛的应用前景。本文针对PIP工艺制备SiC/SiC复合材料周期长、孔隙率较高及易氧化的问题,通过料浆预浸料工艺在基体中引入氧化铝陶瓷形成SiC/Al_(2)O_(3)-SiC复相基体复合材料,并对复合材料制备工艺过程、微观形貌及力学性能进行系统表征。分析结果表明,SiC/Al_(2)O_(3)-SiC复相基体复合材料制备周期较传统PIP工艺大幅度缩短,且复合材料孔隙率明显降低,从11.6%左右降低至6%,拉伸强度为316.5MPa,提升了12.3%,弯曲强度与SiC/SiC相当,但层间剪切强度较低,仅为16.3MPa,有待进一步提高。

关键词： 航空发动机   陶瓷基复合材料   热端部件   自愈合   抗氧化性能   高温水蒸气   玻璃相   高温稳定性  

摘要： 为满足高性能航空发动机在高温燃气环境下长时间使用要求,碳化硅基自愈合陶瓷基复合材料(SHCMC)正朝着抗高温水蒸气侵蚀的方向发展。本文首先从SHCMC的应用要求出发,阐述了SHCMC的结构设计原则;并以近年来SHCMC的氧化研究进展为出发点,详细综述了目前SHCMC所面临的挑战;在此基础上,从提高自愈合玻璃相高温水蒸气条件下稳定性出发,介绍了目前SHCMC的研究进展。一种在水蒸气条件下具有宽温区高效愈合能力的陶瓷基复合材料符合未来发展的趋势。

关键词： 陶瓷基复合材料   界面层   断裂韧性   拉伸强度  

摘要： C/SiC复合材料的损伤失效行为与内部微细观组分的原位力学性能的密切相关。本文通过多尺度建模结合渐进损伤分析,研究了微观界面层断裂韧性对C/SiC宏观拉伸强度的影响。微观渐进损伤分析表明不同界面层韧性可以产生两种损伤扩展模式,显著改变纤维束横向拉伸和轴向剪切强度值;基于三维Hashin准则的细观损伤分析进一步表明会对C/SiC的宏观拉伸强度产生8.2%的影响。本文的结果可以为C/SiC复合材料失效分析及优化设计提供支撑。

关键词： 连续碳纤维   碳化硅陶瓷   增韧机制   制备方法   加工工艺  

摘要： 连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料是一类具有优异性能和广泛应用前景的新型材料。本文通过系统概述了连续碳纤维和碳化硅陶瓷基复合材料的基本概念和性质,以及增韧机制的介绍和讨论。对连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法进行了详细阐述,包括前驱体的选择和制备、成型及热处理过程介绍以及材料性能的测试与分析。随后,本文介绍了连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料产品的加工工艺,包括产品设计的原则和方法、硬质材料的精密加工技术以及加工中的质量控制与优化。在此基础上,论文进一步探讨了连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料产品的装配和接合问题,包括装配工艺设计与实施、连接和固定方法的选型与评估以及接合强度与耐久性的测试与分析。本文探讨了连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料产品的应用领域和发展趋势,包括产品的主要应用领域及其性能要求、现有技术瓶颈和解决方案的探讨,以及未来的研究方向和发展趋势。本文的研究成果对于连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的进一步研究和开发具有重要的指导意义。

关键词： 陶瓷基复合材料   细观模型   导热系数   弹性模量   数值仿真  

摘要： 为了准确有效地评估陶瓷基复合材料的热力性能,本文基于真实的CT扫描图像,充分考虑不同编织结构的铺层结构与内部孔隙,建立了平纹机织C/SiC复合材料、平纹机织SiC/SiC复合材料以及2.5D编织SiC/SiC复合材料的二维细观模型。在此基础上构建有限元模型,计算材料等效弹性模量与等效导热系数,并与实验结果进行对比,验证了模型的正确性和有效性。并分析微观结构对应力集中区域与热流集中区域分布的影响规律。研究发现:孔隙的几何形状和分布对宏观热力性能影响显著,且三种材料截面中的应力集中区和热流集中区均与纬纱和经纱交织前后的区域有关;SiC纤维增强的材料弹性模量及导热性能均大于C纤维增强的材料,与平纹机织结构相比2.5D编织结构材料在厚度方向的模量和热导率更大。

关键词： SiC/SiC   C/SiC   应变测量   单调拉伸   循环加-卸载   声发射  

摘要： 本文以2D SiC/SiC、2.5D C/SiC与SiC/SiC拉伸试样为研究对象,通过试验方法对比了数字图像相关(DIC)、引伸计、应变片三种应变测量方式的测量结果,得出更准确可靠的应变测量方法;通过对比单调拉伸与循环加-卸载两种载荷形式下的试验结果,结合声发射信号,分析了不同载荷形式对测试结果的影响;针对PIP制备工艺,研究了同一构型对C/SiC与SiC/SiC两种材料的适用性。

关键词： 陶瓷基复合材料   损伤模型   失效机理  

摘要： 随着科学技术的进步,复合材料在航空领域得到了广泛的发展。陶瓷基复合材料因其具有高比强度、高比模量、耐高温和耐腐蚀的特性被广泛应用于航空发动机的热端部件。然而,制备过程中产生的初始损伤和残余以及复杂的失效模式,给建立陶瓷基复合材料的损伤本构模型、研究陶瓷基复合材料的损伤失效机理带来了巨大的困难。本文对陶瓷基复合材料损伤失效机理的研究进展进行综述。首先,介绍了陶瓷基复合材料的发展历史细观建模研究现状;然后,综述了陶瓷基复合材料损伤失效机理的研究现状;最后,对陶瓷基复合材料损伤失效机理研究的发展趋势进行了展望。

关键词： 冷却结构   类椭圆斜孔   陶瓷基复合材料   火焰筒   数值模拟  

摘要： 为了提高陶瓷基复合材料火焰筒壁面的冷却性能，在现有的圆型多斜孔冷却结构的基础上，设计了一种新型类椭圆型多斜孔冷却结构。同时，采用三维数值模拟的方法将两种多斜孔结构的冷却效果进行了对比。结果表明：新型类椭圆斜孔特征模拟件相较于圆孔特征模拟件，壁面高温区域明显变窄，高温热斑减少，温度分布更加均匀；在经纱方向，类椭圆斜孔特征模拟件高应力区域减少，应力集中现象减弱；在纬纱方向，类椭圆斜孔特征模拟件与圆孔特征模拟件均存在高应力区域。

标准号: GB/T 42655-2023

摘要： 本文件规定了连续纤维增强陶瓷基复合材料高温压缩性能试验方法。本文件适用于单向、双向和多向连续纤维增强陶瓷基复合材料沿一个主增强轴高温压缩性能的测定。本文件也适用于双向和多向连续纤维增强陶瓷基复合材料偏轴向高温压缩性能的测定。

关键词： 均质化法   缠绕型碳纳米管   陶瓷基复合材料   有效力学性能   局部应力分布  

摘要： 以直线型、余弦波型和缠绕型空心碳纳米管增强陶瓷基复合材料的三维特征体积单元模型为研究对象,利用满足精确周期性边界条件的均质化法计算该模型的有效弹性模量和局部应力,分析碳纳米管的几何形状、尺寸和力学特性对碳纳米管复合材料力学性能的影响,并与经典混合法则、Halpin-Tsai法及其他数值模拟的结果进行对比.结果表明:碳纳米管的几何缠绕特性对横向变形有较好的限制作用;缠绕型复合材料的力学性能呈曲线变化,比直线型和余弦波型碳纳米管复合材料更容易受几何特性的影响:缠绕型碳纳米管的最大轴向应力和最大等效应力随碳纳米管外径的增大而增大,但碳纳米管的各向异性会降低碳纳米管的最大应力,导致缠绕型碳纳米管复合材料传递应力的能力减弱;双尺度均质化法和有限元法结合能有效反映力学性能的变化特征,是分析具有复杂微观结构力学性能的有效方法.