关键词： ZrB2-SiC   Csf/ZrB2-SiC   超高温陶瓷基复合材料   烧蚀机理  

摘要： 通过真空热压工艺制备了ZrB_2-SiC材料和C^(sf)(碳短纤维)/ZrB_2-SiC超高温陶瓷基复合材料.采用氧乙炔火焰在4186.8kW/m^2的热流下分别喷吹烧蚀两种材料***_2-SiC材料表面最高温度达到2406℃,烧蚀后质量烧蚀率为-0.14%,线烧蚀率为-1×10^(-3)mm/s,C_(sf)/ZrB_2-SiC材料表面最高温度达到1883℃,烧蚀后质量烧蚀率为-0.19%,线烧蚀率为-4×10^(-4)mm/s.对两种材料烧蚀表面和剖面的分析发现,ZrB_2-SiC材料烧蚀后由表及里依次形成了疏松ZrO_2氧化层、SiC富集层和未反应层的三层结构,其中SiC富集层能够起到抗氧化的作用.C_(sf)/ZrB_2-SiC材料烧蚀后由外到内分别形成了ZrO_2-SiO_2氧化层、SiC耗尽层和未反应层的三层结构,其中最外层以ZrO_2为骨架,SiO_2弥合其中的结构有效地阻挡了烧蚀中氧的侵入.

关键词： 陶瓷基复合材料   2.5D-C/SiC   损伤演化模型   拉伸性能  

摘要： 通过2.5D—C/SiC陶瓷基复合材料的面内拉伸试验,研究了材料在拉伸载荷作用下的力学性能和损伤演化过程,建立了2.5D—C/SiC复合材料的应力型和应变型拉伸损伤演化模型.结果表明,材料沿纵向和横向的拉伸应力-应变曲线相似,损伤过程基本相同.对应于拉伸应力应变曲线的三个特征切线模量,面内拉伸的损伤演化过程可以分为三个阶段:初始损伤阶段、损伤加速阶段和损伤减缓阶段.由应力型损伤演化模型可以推导出三个损伤阶段的两个特征应力,其中第一特征应力可以作为工程比例极限的参考值.

关键词： Ni基高温钎料   润湿性   活性元素   Cf/SiC  

摘要： 研究了温度和活性元素Cr对Ni基高温钎料在3D-Cf/SiC陶瓷基复合材料上润湿的影响。采用扫描电镜与能谱仪检查界面微观结构与元素分布,通过X射线衍射仪检测界面产物。实验结果表明:升高温度,Ni基钎料在Cf/SiC上的润湿角减小;并且随钎料中的Cr的质量分数增加,润湿角减小。润湿过程属于反应润湿,润湿界面生成多种碳化物和硅化物。

关键词： 复合材料   SiCf   /SiC制备技术力学性能  

摘要： 连续SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)具有良好的高温力学性能、抗氧化性及放射耐受性等,是继Cf/C和Cf/SiC复合材料之后航空航天和原子能等领域最理想的新一代高温结构材料。从原材料、制备技术、微观结构与性能及应用等方面对SiCf/SiC复合材料的最新研究进展进行了综述,并对其发展趋势进行了展望。开发新型制备技术和优化现有技术及采用其联合工艺减低成本,进一步优化材料微观结构提高其使用性能是今后SiCf/SiC复合材料的研究重点。

关键词： 连续陶瓷基复合材料   C4材料   三维连通  

摘要： 连续陶瓷基复合材料(C4材料)是近年来出现的一种具有全新复合增强方式的陶瓷/金属复合材料。在这种复合材料中,基体陶瓷增强相具有三维连通的内部结构,因而起增韧作用的金属填充在陶瓷骨架的空隙中,其在空间上也是三维连通的。实现这种复合结构需要不同于传统的复合材料成型与制备技术。这种复合结构使得连续陶瓷基复合材料能够将陶瓷与金属各自的性能特点与优点更多的保留在最终的复合材料中;同时,还表现出了与传统复合材料(颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料等)不同的性能特性,具有广泛的应用前景。

关键词： 陶瓷基复合材料   燃烧合成   致密度  

摘要： 用燃烧合成的方法合成出不同碳纤维含量的Cf/TiC-TiB2陶瓷基复合材料。简述了试验过程,详细研究了影响产品致密度的主要因素。通过理论和测试结果分析,预制坯的致密度、延迟时间td、高压压力P2、高压保压时间tp以及碳纤维的含量等都直接影响产品致密度,进而影响产品的性能。

关键词： 传统材料   新材料   强国   科技部   世界   实现   转变   工程应用开发   陶瓷基复合材料   大师  

摘要： 据报道,在科技部高新司近日组织召开的改革开放30周年材料领域科技发展座谈会上,数十名专家提出要实现由材料大国向材料强国的转变,必须提高自主创新能力、加强新材料工程应用和培养大师级领军人物等建议。

关键词： 陶瓷基复合材料   注凝成型   PLC  

摘要： 设计了一种低成本的机电一体化系统,该系统由搅拌设备、成型设备、真空装置及相应的控制系统组成,其中控制系统是以PLC为主控设备设计的。该系统可实现多组份增韧材料在陶瓷基体中的均匀分散,利用先进的注凝成型技术制备出高质量的陶瓷基复合材料,且在制备过程中通过真空系统的作用解决了物料流动性差的问题。

关键词： 陶瓷基复合材料   注凝成型设备   Fluent软件   搅拌槽流场   结构优化   负压引流技术  

摘要： 陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、导热系数低、热膨胀系数低、耐化学侵蚀性好等特点，在树脂基和金属基复合材料不能满足性能要求的工况条件下可以得到广泛的应用，因此是结构复合材料中最活跃的研究领域。晶须增韧陶瓷基复合材料，是20世纪80年代继纤维增强、增韧材料之后发展起来的一类新型材料，具有很高的弹性模量和强度，能有效地补强、增韧。近年来，这种材料发展迅速，成为高技术陶瓷研究开发的一个前沿领域。\n 陶瓷基复合材料注凝成型技术是上世纪90年代由美国首先发展起来的一项新技术，是目前材料学中较活跃的研究领域。这种技术成本底，产品质量高，具有产业化应用前景。本课题通过对低成本成型技术和方法的研究，旨在设计一种具有产业化应用前景的晶须增韧陶瓷基复合材料的成型设备，具体的研究内容及成果包括：\n (1)增韧材料在陶瓷基体中的均匀分布是制备高质量陶瓷基复合材料的关键。本文参照搅拌与混合设备的设计原则，设计了一种合理的陶瓷浆料搅拌设备，并根据流体力学理论，利用计算流体力学软件Fluent对搅拌槽内部流场进行了数值模拟，应用MRF方法求解了稳态条件下的搅拌槽流场，模拟并比较了不同桨型、不同桨径、不同桨叶离底高度下的流场以及这些不同工况对搅拌功率的影响，并参照模拟结果对搅拌设备进行结构优化，得到合适的尺寸及搅拌桨选型。\n (2)陶瓷浆料的流动性较差，本文设计了合理的真空系统，应用负压引流技术成功地解决了这一问题，并设计了结构简单的振动装置及加热系统与成型器连接，从而保证成型的顺利进行，得到高质量的成品。\n (3)陶瓷基复合材料制备过程中，要对搅拌电机的转速、工作流程、成型过程中的加热温度、偏心轮转速等物理量进行控制。本文以三菱可编程控制器为主控设备，转速调节由PLC控制变频器实现，温度控制系统由测温元件、温度变送器、可控硅电压调整器组成，工作流程的控制由PLC控制设备上的相应电磁阀的启闭实现。

关键词： 微观结构   模拟环境   连续SiC纤维   B-C陶瓷   自愈合涂层   Cf/SiC复合材料  

摘要： 航空航天事业的迅速发展迫切需要低密度、高强度、高模量、高韧性和耐高温的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（CMC-SiC）。然而,目前的CMC-SiC材料还不能满足高推重比航空发动机热端部件的长时间（上千小时）服役要求,必须进一步改善其抗氧化性能,发展具有自愈合功能的碳化硅陶瓷基复合材料（CMC-MS）。CMC-MS材料的抗氧化寿命主要受纤维、基体、纤维/基体界面相和涂层的成分及微结构影响,因此,必须深入研究用于CMC-MS材料的Hi-Nicalon纤维、自制含铝碳化硅纤维、自愈合基体及自愈合涂层的微结构及其随处理温度和环境的变化规律,从而指导材料设计和工艺改进。 本文以CMC-MS材料为研究对象,通过微结构评价和表征,系统深入地研究了Hi-Nicalon纤维在高温模拟环境处理后的微结构演变及力学性能,评价了纤维的失效过程;探索了自制含铝碳化硅纤维中铝元素的存在位置和状态,明确了铝在纤维结构形成过程中的重要作用;揭示了CVD B-C陶瓷涂层及其热处理后的微结构特征;研究了CVD B-C陶瓷改性后的自愈合涂层和自愈合基体在环境处理后的微结构特征,解释了CVD B-C陶瓷的自愈合机制;评价了环境处理后改性CMC-MS材料的自愈合情况和微结构演变。为CMC-MS的材料设计与工艺改进提供了依据。主要研究内容与结果如下: 1、对水氧耦合环境中1300℃-1600℃处理1小时的Hi-Nicalon纤维进行了残余强度测试和显微结构的表征。结果表明:纯惰性气氛中高温处理后纤维强度下降,水氧耦环境处理后,纤维残余强度先升高后降低。与惰性气氛环境相比,水氧环境使纤维发生惰性氧化,氧化后钝化层生成、气孔愈合、厚度增加、及均匀析晶对保持强度有重要作用。在纤维结构完整的情况下,晶粒粗化对强度的不利影响在各种因素的综合作用下被淹没。 2、研究了自制掺杂Al元素的连续SiC纤维中Al的作用、状态和存在位置。结果包括:（1）利用TEM观察结合像模拟技术研究了Al-SiC纤维的晶体特征,并观察了立方SiC晶粒中的孪晶结构和析出六方结构。（2）Al作为烧结助剂,对改善纤维结构致密度,控制晶粒长大的作用十分明显。但其作用受交联时间、烧结温度、和晶粒尺寸等因素的影响。（3）含Al相以Al2OC、Al4SiC4等形式存在于SiC晶粒或晶粒团之间。最终建立了Al-SiC纤维的结构模型。 3、研究了不同工艺制备的CVD B-C陶瓷涂层微结构组成及其氧化处理后的微结构演变。结果表明:（1）B-C陶瓷涂层主要分为晶态和非晶态B-C陶瓷涂层。（2）高温处理后,非晶B-C陶瓷向晶态的B4C相转变,且晶化程度随热处理温度升高而提高。整个晶化过程受C、B元素扩散控制,导致两B-C层界面处B4C晶体含量最高,并沿低能面外延生长,使涂层间结合更强。（3）直接面对水氧环境时,CVD B-C层因氧化和快速挥发而失去对材料的保护。对于SiC/B-C/SiC涂层,低温时,B-C陶瓷层的氧化主要受氧化气体（O2/H2O）穿过表面SiC层的制备缺陷以及热处理过程中生成的裂纹控制。中温时,表层SiC层已经开始部分氧化为SiO2,而B-C层的氧化仍受氧化气体通过缺陷氧化B-C层控制。B2O3和SiO2形成硼硅酸盐玻璃（B2O3·χSiO2）。高温时,表层SiC氧化反应速度加快,缺陷处B-C陶瓷层也因氧化而发生快速的体积膨胀。另外,表层SiC被大量氧化后,H2O有机会通过SiO2直接到达B-C层,氧化由H2O透过SiO2层导致B-C涂层的全面氧化所控制。解释了SiC/B-C/SiC涂层在水氧耦合环境不同温度中具有良好的抗氧化能力的微结构本质。 4、研究了B-C陶瓷涂层自愈合改性和基体改性复合材料在氧化环境中处理后的微结构和性能演变,观察了微裂纹的扩散途径和材料缺陷的氧化愈合。结果表明:（1）多种相及相间界面的存在使得两种改性复合材料中的微裂纹皆存在多种扩展模式,复合材料纤维束间的结构在一维尺度上存在着连续的弱结合点。（2）热解碳（PyC）相和C纤维在高温热处理后趋于形成取向一致的共格结构,形成了强界面结合,有效促进了界面相内裂纹偏转。（3）涂层改性材料低温处理后基体缺少愈合组元,但高温处理后的多种微缺陷都靠SiO2的生成和缓慢流动实现了有效的愈合。对大尺寸的制备缺陷,目前的材料还难于被流动层填封。（4）基体改性材料的B-C陶瓷层氧化后可使材料基体微缺陷有效愈合。在测试温度和时间内,低温下的愈合由B2O3的流动实现;中高温的愈合则有SiO2和硼硅酸盐玻璃（B2O3·χSiO2）参与。