关键词： 氧化铝纤维   陶瓷基复合材料   高比强  

摘要： 连续氧化铝纤维是新一代耐高温热端构件主力原材料,具备熔点高、热导率低、绝缘性好、抗化学侵蚀能力强及高比强等特性。该材料用于制备耐高温高强、防隔热陶瓷基复合材料,广泛应用于航空、航天、船舶、热电、石油化工、半导体、汽车以及高温炉膛等高端领域。国外氧化铝纤维及其复合材料已形成产品化并实现了构件应用,国内在该领域起步较晚,近10年左右时间实现了从基础研究到应用研究的跨越式发展。本文归纳介绍了国内外氧化铝纤维及其复合材料的发展历程、制备工艺、研究现状及产业布局情况,并提出了当下存在的问题以及后续发展重点。

关键词： 陶瓷基复合材料   PPH   专利   赛峰  

摘要： 本文介绍了陶瓷基复合材料的特点、发展现状以及PPH专利的特点,分析了全球技术领先生产商赛峰集团的相关中国专利申请概况和所有PPH专利申请技术,以期为国内创新主体提供技术研发和专利预警信息。

关键词： SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料   界面相   增韧机制   小尺寸力学测试技术   界面相微区性能  

摘要： 作为一种典型的陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC),SiC_(f)/SiC复合材料具有高比强度、耐高温、抗氧化和抗热震等优点,在航空航天领域应用前景广阔。纤维和基体中间的界面相具有保护纤维、传递载荷、偏转裂纹等作用,赋予SiC_(f)/SiC复合材料伪塑性断裂特征。界面相的设计方案会显著影响其微区性能,进而影响SiC_(f)/SiC复合材料宏观力学性能和损伤失效模式。近年来发展的基于聚焦离子束(focused ion beam,FIB)的微纳加工技术和基于纳米压痕的微观力学测试技术是表征SiC_(f)/SiC复合材料界面相微区性能的有效手段。本文综述了SiC_(f)/SiC界面相现有设计方案及界面相微区性能对增韧效果的影响机制,重点总结了单纤维顶出/顶入、微柱压缩等小尺寸力学测试(small-scale mechanical testing,SSMT)技术的应用现状及各方法的适用条件和优缺点。最后,对CMC界面相微区性能研究的发展趋势做了初步展望,并指出测试方法的标准化、测试环境的高温化及测试数据的模型化是未来的主要发展方向。

关键词： 热喷涂   环境障碍涂层   热与环境障碍涂层   可磨耗封严涂层   陶瓷基复合材料   专题评述  

摘要： 随着航空发动机涡轮前燃气入口温度的不断攀升,陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite, CMC)以其轻质、高强、抗氧化、对裂纹不敏感、耐温性能优异等特点,成为新一代航空发动机高温部件的首选基体材料。但CMC存在抗高温水氧侵蚀性能不足等问题,发动机CMC热端部件用热喷涂涂层成为亟待解决的技术瓶颈。本文结合国外航空发动机热端部件选材方案的更迭及工程应用实例,分析了发动机热端部件采用高温合金+气膜冷却+热障涂层方案的技术局限性,明确了CMC+适量气膜冷却+环境障碍涂层方案的技术优势;综述了CMC用热与环境障碍涂层(Thermal and Environmental Barrier Coatings, TEBCs)和环境障碍可磨耗封严涂层(Environmental Barrier Coatings-Abradable Sealing Coatings, EBCs-ASCs)的研究进展、应用情况以及近些年国内外学者的研究成果;辨析了面向更高温燃气来流时热喷涂环境障碍涂层面临的机遇与挑战,为后续TEBCs的组分和结构设计以及制备明确了方向,并对今后研究工作的重点进行了展望。

关键词： 应变   FBG   电阻应变片   高温合金   陶瓷基复合材料  

摘要： 利用光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器测量了高温合金和陶瓷基复合材料的应变特性,并与电阻应变片的测量结果进行了对比分析.将FBG应变传感器与电阻应变片分别粘贴在高温合金和陶瓷基复合材料试件的正、反面上,利用力学试验机对2种试件施加载荷,分别利用FBG解调仪和应变测试仪对FBG应变传感器和电阻应变片的信号进行实时解调.研究得出:FBG应变传感器与电阻应变片在一定的应变范围内,测量结果符合较好.因此,FBG应变传感器可代替电阻应变片,实现对材料的应变测量.

关键词： 陶瓷基复合材料   纤维预制体   涡轮外环   结构设计   航空发动机  

摘要： 基于陶瓷基复合材料在发动机涡轮部件中迫切的工程应用需求,对陶瓷基高压涡轮外环结构设计方法进行研究。开展了陶瓷基高压涡轮外环结构设计,包括外形结构、装配结构、封严结构等;完成了不同预制体方案与不同致密化工艺的匹配性研究,实现了高压涡轮外环整体结构减重70%的目标;深入开展了零部件试验考核,识别了陶瓷基高压涡轮外环失效模式;开展了核心机挂片试验验证,推进了陶瓷基复合材料在发动机涡轮部件中的应用。

标准号: GB/T 44541-2024

摘要： 本文件界定了描述陶瓷基复合材料的相关文件中所涉及的物理、力和热的符号及测定陶瓷基复合材料特性所涉及的符号,旨在避免报告测定结果和产品特性时的混淆。 在可能的情况下,定义与ISO 80000的相关部分一致。此外,本文件还定义了用于测量这些特性的符号。

关键词： 陶瓷基复合材料   S弯喷管   筋条加强结构   变形抑制   多尺度优化  

摘要： S弯喷管作为大尺寸薄壁结构,在多场耦合作用下有着复杂的整体和局部刚度特性.本文针对S弯喷管变形特征,提出一种基于陶瓷基复合材料(CMC)的S弯喷管连续筋条加强结构,可以有效抑制S弯喷管的整体变形和局部变形.与GH4169合金相比,CMC材料可以降低S弯喷管45.31%的变形量,同时减重62.77%,在此基础上,采用连续筋条加强结构可以进一步降低CMC S弯喷管43.15%的变形量.基于代理模型和差分进化算法,以CMC材料筋条加强S弯喷管的结构质量为目标,以CMC材料细观编织结构中的经/纬纱比例以及喷管宏观结构中的分区域壁厚和加强筋尺寸为优化变量,开展了材料-结构多尺度优化,在相同的刚度指标要求下进一步优化减重26.21%.

关键词： 陶瓷基复合材料   磨削   力学行为   材料去除机制   磨削力模型   超声振动  

摘要： 纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(FRCMC)因其高比强度和比模量、以及优异的耐高温、耐腐蚀等性能已成为航空航天、轨道交通以及核能工业等领域的优选材料。尽管FRCMC是由成型技术制备,但一些加工工艺,例如磨削对于提升尺寸精度和表面完整性是必要的,在FRCMC结构件的高性能制造中不可或缺。然而,高硬度和脆性的材料属性及其结构上的不均质性和力学性能上的各向异性等特点是高效低损伤磨削加工的技术难点。磨削力作为反馈和控制生产过程质量和精度的关键信号,受磨削过程砂轮与工件几何学与运动学等多参数协同作用的影响,解析磨粒与工件的微观力学行为并建立磨削力预测模型,对深度理解材料去除机制、指导高性能制造至关重要。基于此,首先分析了磨削过程中材料特性及磨削参数对磨粒与FRCMC相互作用的影响规律,揭示了FRCMC磨削过程的材料去除机制。其次,系统回顾了FRCMC磨削力预测模型的研究现状,从单颗磨粒磨削力、磨粒几何学、纤维随机分布几何特性以及材料去除阶段判定准则分析推导了磨削力的建模过程。进一步的,从磨屑的成形机制、未变形切屑厚度、磨粒运动学等角度,分析了超声振动辅助磨削FRCMC的材料去除机制及磨削力力学行为的特殊性。最后,针对FRCMC材料去除机制和磨削力模型,分析了当前研究的潜在问题与研究热点。目标是为FRCMC制定可行的低损伤磨削准则,并建立溯源递进的理论框架以推动FRCMC磨削力模型的发展。

关键词： 陶瓷基复合材料   纺织   损伤断裂   无损检测   原位试验  

摘要： 利用4D X射线CT原位拉伸试验和深度学习技术,表征拉伸作用下准各向同性铺层缎纹C/SiC的损伤失效过程,揭示(0°/90°)铺层拉伸和(±45°)铺层剪切耦合作用的材料损伤演化机制。基于深度学习图像分割方法对载荷作用下基体裂纹、分层等损伤进行智能识别,提取损伤特征开展定量分析,结合断口形貌探究损伤与失效机制。研究发现:基体裂纹中±45°斜裂纹占主要部分,演化过程为初期裂纹不断扩展;横向裂纹虽然少于斜裂纹,但其长度和裂纹张开位移发展快;基体裂纹沿层间界面偏转诱发分层。(0°/90°)缎纹铺层组织点区90°纤维束出现横向开裂,浮长区伴随纤维束弯曲;组织点区0°纤维束发生断裂,浮长区伴随纤维束纵向劈裂。(±45°)缎纹铺层发生-45°(或+45°)纤维束斜向劈裂和相对错动,同层+45°(或-45°)纤维束则发生纤维束断裂,伴随纤维桥连弯曲。