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、重量及机械性能等方面拥有显著优势，广泛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、全生命周期管理。

关键词： 前驱体浸渍裂解法   前驱体杂化   化学改性   单源前驱体  

摘要： 前驱体浸渍裂解法（Polymer Infiltration and Pyrolysis，PIP）因工艺灵活、设备要求低，已成为构筑C/C-ZrC-SiC复合材料的重要技术路径。ZrC-SiC复相陶瓷前驱体作为PIP工艺的核心，依托其分子结构可设计性与组分调控灵活性，在复合材料的制备中展现出独特优势。本文系统梳理了近年来基于PIP方法的ZrC-SiC复相陶瓷前驱体研究进展，重点围绕前驱体杂化法、化学改性与单源前驱体合成的构建方式与裂解演化行为展开讨论。最后，展望了ZrC-SiC复相陶瓷前驱体的可控制备策略与发展方向，为高性能热结构复合材料的设计与应用提供理论依据与技术参考。

关键词： 陶瓷基复合材料   统计强度模型   界面脱粘   基体开裂,拉伸强度  

摘要： 连续纤维增强复合材料通常存在韧-脆性转变问题，其对复合材料的界面设计和整体性能评价具有重要意义。基于纤维应力场的弹性力学解答，应用剪滞理论和纤维随机断裂概率的统计分析方法，考虑纤维表面的应力集中效应，在单裂纹和多裂纹两种失效模式下，分别建立了连续纤维增强陶瓷基复合材料(CMCs)的韧-脆性转变拉伸强度模型。针对2D-C/SiC复合材料的分析计算结果表明：拉伸强度对界面滑移应力敏感，随着界面滑移应力的增大，纤维应力集中效应增强，拉伸强度预测值先升高后降低；单裂纹模式下的强度预测值显著高于多裂纹模式，但两种模式下强度随界面滑移应力的变化规律相似；单裂纹模式下考虑纤维断裂拔出应力对CMCs整体承载能力的贡献时，模型预测的拉伸强度值显著提高，且随着拔出系数的增大拉伸强度持续增大。本文模型的强度预测值与文献中的试验数据吻合较好，证明了模型的合理性与准确性。

关键词： 陶瓷基复合材料   环境障涂层   涂层失效   力学性能检测   弹性模量和硬度   结合强度   弯曲强度   断裂韧性  

摘要： 相较于热障涂层（Thermal Barrier Coating,TBC），环境障涂层（Environmental Barrier Coating,EBC）能够更好地应用在陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites,CMC）表面，以有效抵御水氧等环境侵蚀，从而显著提升CMC的耐久性和可靠性。系统综述了EBC涂层力学性能研究现状，旨在为相关技术领域提供参考。梳理了表征EBC涂层力学性能的主要测试方法（如纳米压痕测试、三点/四点弯曲测试、拉伸试验和剪切试验等），并分析了各方法在应用中的适用性与局限性。归纳了EBC涂层的关键力学参数（如弹性模量、结合强度、弯曲强度和断裂韧性等），并探讨了其在不同温度、环境气氛和应力条件下的变化规律。EBC涂层的力学性能受材料组成、制备工艺和界面结构等因素影响。在高温环境下，EBC涂层表现出较高的蠕变抗性和优异的抗剥落性能，尤其是在含有水蒸气的环境中表现出优越的稳定性。涂层与基体的结合强度直接决定了其抗剥落能力，应力集中和材料不匹配会导致EBC涂层失效，而通过优化涂层材料体系、调整界面结构和引入缓冲层等方法，可有效延缓涂层的衰退。通过探究EBC涂层的力学性能及其失效机制，有助于明确材料设计和工艺优化方向，为提升陶瓷基复合材料的耐久性和可靠性提供理论支持，为EBC涂层在航空、航天等高温服役领域提供技术支撑。

关键词： Aspect ratio  

摘要： The processing of small holes with large aspect ratio in SiC fiber reinforced SiC ceramic matrix composites (SiCf/SiC composites) are characterized by anisotropy, high hardness, and low electrical conductivity, which makes it difficult. Femtosecond laser processing and water-guided laser processing belong to the advanced laser processing methods, which have the advantages of controllable processing quality, automated processing, and low processing cost, and are the preferred technological solutions to solve the large aspect ratio of small holes in SiCf/SiC composites. Small holes with an aspect ratio of 10 are processed in SiCf/SiC composites by using femtosecond laser rotary drilling (FLRD) and water jet guided laser drilling (WJGLD). The morphology and physical phases of the entrance, exit, and wall of the small holes were analyzed, and the hole diameter, hole wall roughness, and processing efficiency of the small holes were compared. The results show that the exit quality of the holes processed by laser is better than the entrance quality, and the small holes processed by femtosecond laser have the advantages of sharp orifice, good roundness, and small taper, while the water guide laser processing has the advantages of clean orifices and hole walls, and high processing efficiency. To address the demand for small holes with large aspect ratios in heat-resistant components of SiCf/SiC composites, suitable drilling technology should be selected by considering factors such as processing quality, processing efficiency, and processing conditions. © 2025 Beijing University of Aeronautics and Astronautics (BUAA). All rights reserved.

关键词： 涡轮叶片   陶瓷基复合材料   各向异性   导热系数   热分析   力学损伤  

摘要： 针对陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composite， CMC）发生力学损伤后的等效导热系数预估，考虑到CMC材料内部非均质非均匀特征导致的材料导热系数呈现明显的各向异性特征，探究了材料力学损伤对其各向异性导热系数的影响。研究中建立了反映材料力学损伤特征的微观尺度分析模型，并在材料轴向和径向两个不同定温边界条件下，分析对比基体裂纹、界面层脱粘、纤维断裂和损伤率对材料导热系数的影响。研究结果表明，相同损伤率时纤维断裂对于材料的轴向导热系数影响最大，界面层脱粘对于材料的径向导热系数影响最大。此外，随着损伤率的增加，CMC材料整体各向异性导热系数降低，其对轴向导热系数影响最大。在本文计算工况中，损伤率为5%时，材料的轴向导热系数和径向导热系数均为所有计算工况中的最小值，分别为16.2456 W/(m·K)和10.1733 W/(m·K)，较完好未损伤时材料的轴向导热系数和径向导热系数分别下降34.5%和5.33%。

关键词： 注射成形   陶瓷基复合材料   显微组织   力学性能   金属增韧  

摘要： 针对Al2O3陶瓷材料固有脆性大、断裂韧性低的问题，通过注射成形工艺制备Cu增韧Al2O3基复合材料，系统研究Cu含量及工艺参数对材料显微组织与力学性能的影响。结果表明，随着Cu含量增加，复合材料断裂韧度从4.72 MPa·m1/2提升至5.02 MPa·m1/2，而抗弯强度呈现先增后降趋势，在Cu含量为10%时达到峰值，为542 MPa；当烧结温度从1500 ℃提高到1600 ℃，复合材料颗粒结合增强、孔隙率下降，晶粒粗化，其硬度（HV）从1 424提高到1 572，强度从464 MPa提高到542 MPa，再下降到485 MPa。显微组织分析表明，Cu颗粒通过细化Al2O3晶粒及塑性变形实现协同强韧化，但过量Cu因颗粒团聚导致基体割裂效应加剧，强度显著下降。

关键词： 聚硅氮烷   陶瓷涂层   有机涂层   陶瓷基复合材料   陶瓷气凝胶  

摘要： 聚硅氮烷（PSN）作为一种可转化为无机陶瓷的前驱体聚合物，凭借其多路径的转化特性、高的陶瓷产率以及灵活的材料形式，在极端环境防护涂层、复合材料和功能陶瓷领域展现出巨大应用潜力。本文围绕聚硅氮烷应用研究的最新进展，重点剖析了其作为陶瓷前驱体衍生的SiO2、SiCN、SiON、SiNx等陶瓷涂层，在高温抗氧化、腐蚀防护、热障性能及柔性有机电子封装中的关键作用，全面梳理了聚硅氮烷转化陶瓷基结构及功能复合材料的最新突破，并总结了聚硅氮烷在能源存储、催化及光固化增材制造等新兴领域的创新应用。最后，指出了聚硅氮烷材料开发与应用的发展方向。

关键词： 陶瓷基复合材料   无损检测   超声   分层缺陷   有限元仿真  

摘要： 陶瓷基复合材料（CMC）在制造过程中易产生内部缺陷，显著影响其性能。超声检测技术被广泛应用于CMC缺陷检测，但由于CMC内部存在大量编织孔隙，导致超声波衰减严重，尤其是在高频条件下。为确保超声信号的穿透性，通常需要降低频率，然而这会导致缺陷识别精度下降。本研究采用有限元模拟方法，分析了三种不同低频超声波在CMC中的传播特性和声场分布，旨在选择适用于CMC分层缺陷检测的最佳低频超声波。有限元结果表明，与0.5 MHz和2 MHz相比，1 MHz超声波可有效减少散射效应，同时提高检测精度。随后，采用1 MHz的超声波对含有人工缺陷的SiCf/SiC CMC试样进行了检测。结果表明，1 MHz的超声波能够有效降低CMC内部编织孔隙对超声信号的衰减与干扰，并可有效识别长度大于2 mm的分层缺陷。