关键词： 陶瓷基复合材料   原位SEM   裂纹密度   概率统计模型   裂纹宽度  

摘要： 通过开展2D SiC/SiC复合材料的原位拉伸实验，揭示了外加载荷对材料裂纹特征演化的影响规律。实验结果表明：在单轴拉伸载荷作用下，2D SiC/SiC复合材料的裂纹密度与裂纹宽度均呈现显著的载荷相关性。裂纹密度演化主要受界面脱粘程度影响，当界面脱粘程度较低时，应力传递效率提高，基体容易产生新生裂纹。通过建立描述裂纹密度的威布尔分布模型，和原位试验数据相比，平均绝对误差和和均方根误差分别为0.053和0.077，实现了对裂纹密度-应力关系的准确描述。裂纹宽度扩展则与载荷应力、界面剪切应力密切相关，构建的裂纹宽度-应力模型成功复现了不同载荷阶段裂纹宽度的演化趋势。本研究为陶瓷基复合材料的多尺度损伤表征提供了新的分析方法和理论依据。

关键词： 陶瓷基复合材料   损伤演化   应变响应   偏轴加载   泊松比  

摘要： 泊松比是工程材料的重要基础力学性能参数之一,在结构设计、优化及其性能表征与评价中具有重要意义.与一般材料不同,易损-非线性陶瓷基复合材料(CMCs)的泊松比随外载具有复杂的变化规律.本文针对2D-C/SiC复合材料,通过轴向拉伸和压缩实验研究了主泊松比随外加应力的演变行为,并通过偏轴拉伸和压缩实验研究了非材料主方向泊松比与偏轴应力的关联规律.实验结果表明:轴向压缩泊松比近似为正值常量;轴向拉伸割线泊松比随着应力的增大由正值变为负值,损伤泊松比为正值且随着卸载应力的增大而降低,在应力较大时,割线泊松比和损伤泊松比均趋于稳定;偏轴压缩时,非材料主方向的割线泊松比和损伤泊松比均随着应力的增大而增大,且偏轴角度越大增速和增幅越大;偏轴拉伸时,割线泊松比和损伤泊松比的变化幅度较小,但均随着偏轴角度的增大而增大.理论计算结果同样表明, 2D-C/SiC复合材料的拉、压泊松比差异显著、具有非线性演变行为,材料的内部损伤以及变形机制具有高度复杂性.

关键词： 氧化物/氧化物陶瓷基复合材料   人工智能   力学性能预测   材料优化设计   失效机理与影响因素  

摘要： 氧化物/氧化物陶瓷基复合材料（Ox/Ox CMCs）因其高比强度、良好抗氧化性和高温稳定性，在航空航天与能源领域具有重要应用价值。然而，其服役过程中的力学性能受多尺度结构与热-力-环境等多物理场耦合的共同影响，传统的试验与数值模拟方法在效率与泛化能力方面面临挑战。近年来，人工智能（AI）方法在非线性建模、高维数据分析与快速优化方面展现出显著优势，为Ox/Ox CMCs的智能预测与设计提供了新思路。本文系统梳理了Ox/Ox CMCs典型性能（拉伸、冲击、疲劳、蠕变、热稳定性）的失效机理与影响因素，围绕AI在性能预测与优化设计中的应用路径展开综述。在预测方面，归纳了AI方法应对不同失效模式的建模范式，强调问题驱动的模型构建思路；在设计方面，以“设计空间定义—性能建模—反向设计—迭代验证”为流程框架，总结各阶段适用的AI方法与研究实践。进一步识别当前AI方法在数据质量、尺度融合、多物理场表达与可解释性等方面的关键挑战，并提出融合物理先验的建模策略，同时展望生成建模、多尺度本构行为、工艺-性能协调优化与智能诊断等新兴方向的发展潜力。

关键词： 陶瓷基复合材料   耐高温互连技术   消防电子设备   热稳定性  

摘要： 随着消防电子设备在高温条件下的适应能力越来越强,传统材料在高温条件下的性能已不能满足使用要求。陶瓷基复合材料具有良好的抗高温、高强度等性能,在高温使用条件下表现出了独特的优势,是提升消防防护装备可靠性与稳定性的重要材料。本文对该体系的成分和性能进行系统的研究,并对其高温热稳定性、热膨胀系数匹配和界面结构进行优化。面向消防电子产品的高温使用要求,对其高温失效机理、材料耐受要求和多层互连结构的热可靠性设计进行深入研究。从界面设计、导热性能优化和与金属连接等方面开展研究。以期通过本研究,为提高消防电子设备的耐高温性能提供些许的技术支撑和理论依据。

关键词： 热障涂层   环境障涂层   陶瓷基复合材料   热膨胀   热导率   腐蚀  

摘要： 新一代高推重比航空发动机高压涡轮导向叶片等高温部件的燃气壁面温度已突破1500℃，显著超出了第三代碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)1350-1400℃的可靠服役温度范围。这一热障差异亟需在基体表面构筑兼具超高温耐受性、低热导率、基体适配热膨胀系数及优异抗腐蚀性能的热障/环境障（T/EBC）一体化涂层体系。以稀土磷酸盐、钽酸盐、铪酸盐、锆酸盐、铝酸盐以及稀土氧化物等为代表的涂层材料，凭借其高平均原子量、弱化学键合特性及多尺度结构可设计性等优势，被视为极具潜力的T/EBC防护涂层候选材料。本研究系统梳理了T/EBC涂层体系的发展历程及稀土氧化物陶瓷的研究进展，对稀土氧化物陶瓷的热力学和腐蚀性能进行了全面讨论，提出了通过高熵化设计实现稀土氧化物陶瓷涂层热力学性能和耐腐蚀性能协同优化的合理策略。此外，通过对当前研究阶段的回顾发现，下一代航空发动机高压涡轮部件的未来发展方向高度依赖于高质量涂层的多层次设计和全流程制备技术创新，包括涂层材料的高效筛选、涂层的创新结构设计和微观结构调制以及先进的涂层喷涂技术突破等。

关键词： 陶瓷基复合材料   单胞模型   随机损伤   概率分布   非参数方法  

摘要： 陶瓷基复合材料(CMCs)在使用过程中会产生纤维拔出、基体裂纹等内部损伤,进而对编织CMCs的力学性能造成影响。面向2.5维SiC_(f)/SiC编织CMCs,分别建立纤维束的微观有限元模型和编织CMCs的细观有限元模型;考虑内部损伤数量及位置的随机性,建立细观模型的力学性能参数的概率分布,研究损伤率对材料强度及杨氏模量的影响规律;通过参数方法和非参数方法同时拟合得到考虑内部损伤随机性的CMCs力学性能参数的概率分布。结果表明:随着损伤率的增加,编织CMCs强度的下降速率快于刚度;非参数方法获得的经向强度和杨氏模量概率密度函数曲线与样本直方图吻合较好。

关键词： 陶瓷基复合材料   涡轮叶片   前缘   各向异性导热系数   传热性能  

摘要： 为了获得陶瓷基复合材料涡轮叶片前缘的导热特性预测方法并揭示其导热机理,本文提出了一种基于前缘半圆柱模型的微观导热系数赋值方法。通过数值仿真方法研究了2.5D编织CMC前缘的导热特性,对微观模型和宏观模型的温度场波动的预测精度进行比较,并基于微观模型进一步探究了基体导热系数、纤维主导热系数、纤维副导热系数变化对CMC前缘温度分布的影响规律。结果表明,相比于宏观模型,微观CMC前缘模型能更准确地预测局部热点和温度波动情况,且宏观模型对最高温度的预测偏小,可达27.1K。基体导热系数、纤维主导热系数和纤维副导热系数的变化对CMC前缘的温度分布和均温性都有显著的影响。基体导热系数的增加导致温度水平不均匀度减小84%,显著提高水平均温性。纤维的主导热系数和副导热系数的变化对垂直方向均温性有显著影响,变化幅度分别为276%和58.8%。特别是,纤维主导热系数增加导致中间位置局部热点消失,纤维副导热系数增加会导致高温区域位置发生迁移。

关键词： 陶瓷基复合材料   结构设计   性能表征   优化方法   高温宽频隐身   吸波材料  

摘要： 高性能结构吸波陶瓷基复合材料是实现航空高温部件宽频吸波和高承载一体化的理想候选材料。本文以宏观–细观–微观多尺度协同设计为核心研究思路,系统地概述了高性能结构吸波复合材料的基本设计原则。从材料设计的角度出发,综合考虑阻抗匹配和电磁损耗之间的良好平衡,以实现对电磁波的宽频高效吸收。深入梳理微观组分材料(如碳化硅、氮化硅等陶瓷基体,以及碳纳米管、金属氧化物等)对复合材料吸波性能的影响机制,剖析典型宏/细观构型(如层状结构、多孔结构、纤维增强结构等)在调控材料电磁波吸收方面的关键作用。通过建立多尺度结构与性能的关联模型,总结出一系列针对高性能结构吸波陶瓷基复合材料的优化设计方法,涵盖材料成分选择和结构参数优化等多个方面。本文为新一代航空飞行器高温宽频吸波一体化的设计与性能评价提供了重要的理论依据和实践指导,对推动航空航天领域隐身技术与结构材料的协同发展具有重要意义。

关键词： 涡轮叶片   激光增材制造技术   镍基高温合金   TiAl合金   陶瓷基复合材料  

摘要： 航空发动机涡轮叶片是飞机动力系统的核心部件,涡轮叶片的材料选择关系到航空发动机的推力、燃油效率和可靠性,直接影响飞机的性能和安全性。与传统制造技术相比,激光增材制造技术在设计自由度、制造成本、重量及力学性能等方面拥有显著优势,可应用于涡轮叶片材料的制造和生产。回顾了航空发动机涡轮叶片材料的发展历史,总结了涡轮叶片的服役条件及环境,分析了镍基高温合金、TiAl合金以及陶瓷基复合材料在发动机涡轮叶片上的应用现状,探讨了激光增材制造技术在涡轮叶片材料中的最新研究进展,并对未来涡轮叶片材料的研究方向进行了展望,包括材料性能的持续提升、激光增材制造技术的深入应用、新型材料的开发、成本效益的优化以及全生命周期管理。

关键词： 陶瓷基复合材料   激光加工   大深径比小孔   加工质量   加工效率  

摘要： 碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiCf/SiC复合材料)具有各向异性、高硬度和低导电性等特点,导致其大深径比小孔难以加工.飞秒激光加工和水导激光加工属于先进激光加工方法,具有加工质量可控、自动化加工、加工成本低等优势,是解决SiCf/SiC复合材料大深径比小孔的优选技术方案.采用了飞秒激光旋切制孔和水导激光制孔方法,在3 mm厚SiCf/SiC复合材料上加工出深径比为10的小孔.分析了小孔入口、出口、孔壁的形貌及物相,对比了小孔的孔径、孔壁粗糙度及加工效率.结果表明,激光加工的孔出口质量均优于入口质量,飞秒激光旋切制孔具有孔口锋利、圆度好、锥度小等优点,水导激光制孔具有孔口光滑清洁、孔壁光洁、加工效率高等优点.针对SiCf/SiC复合材料耐热构件大深径比小孔加工需求,应综合考虑加工质量、加工效率、加工工况等因素,选择合适的制孔技术.