关键词： 航空发动机   热端部件   陶瓷基复合材料   无损表征   研究进展  

摘要： 随着陶瓷基复合材料在先进航空发动机热端部件中的推广应用,对其在工艺研发、制备加工、试验考核以及使用服役等阶段形成的缺陷/损伤进行高效准确的无损表征尤为重要。由于陶瓷基复合材料复杂的制备成型工艺及多相复合引起的高度非均质和各向异性,导致传统基于整体均质化假设的无损检测技术面临诸多挑战。本文结合陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用情况,分析了其在制备、加工及服役等阶段的典型缺陷/损伤类型及特征,重点回顾了近年来陶瓷基复合材料无损表征技术的研究进展及应用情况,总结了现有无损表征技术面临的主要挑战,并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词： SiBCN陶瓷   陶瓷基复合材料   微观结构演变   力学性能   高温性能  

摘要： SiBCN系亚稳陶瓷及其复合材料具有独特的微观组织结构和优异的高温性能,在高温氧化、剧烈热震、燃气流烧蚀等苛刻条件下具有很大的应用潜力。本文以机械合金化法制备的SiBCN系亚稳陶瓷及其复合材料为主线,总结了近年来基于机械合金化技术的SiBCN系非晶陶瓷粉体和块体陶瓷的微观结构特征与演变、力学性能、抗氧化性能、抗热震性能和耐烧蚀性能的研究进展,并与前驱体衍生的同类材料进行了对比分析,最后指出了更高性能SiBCN系亚稳陶瓷材料的未来研究重点与发展趋势。

关键词： 陶瓷基复合材料   高速冲击   异物损伤   剩余拉伸强度   数字图像相关技术  

摘要： 连续纤维增韧陶瓷基复合材料以其良好的高温性能而被广泛应用在航空发动机等高温部件处,但服役过程中容易受到异物碎片冲击,这受到了广泛关注。研究采用轻气炮对化学气相渗透(CVI)技术制备的2D-SiC/SiC试样进行弹丸冲击,利用高速摄像机记录冲击过程,使用光学显微镜和CT观察异物损伤(FOD)的表面和内部结构,探讨了2D-SiC/SiC复合材料的高速冲击损伤特性。结果表明,2D-SiC/SiC复合材料的高速冲击损伤形式包括锥形裂纹、层间分层、纤维断裂以及基体压溃等。通过表征损伤发现,试件背部损伤和边缘处分层损伤由反射拉伸波造成,随着冲击速度提升,弹丸与拉伸波共同作用会造成试件穿透,试件边缘分层损伤减弱。对高速冲击后的试件进行准静态拉伸试验,明确了剩余力学性能与冲击速度、弹丸直径的关系,表明剩余拉伸强度是表征冲击损伤程度的有效参数。同时,采用数字图像相关(DIC)方法获得拉伸过程中的应变分布,并结合不同弹丸直径、冲击速度冲击后的剩余拉伸强度,进一步对比探究不同变量对冲击损伤的影响。研究结果表明弹丸直径是高速冲击损伤程度的主要影响因素。

关键词： 陶瓷基复合材料   C_(f)/SiC复合材料   超声振动辅助铣削   材料去除机理   铣削力模型   加工损伤   剩余强度  

摘要： 碳纤维增强陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC复合材料)具有良好的化学和热稳定性、高比强度、耐高温以及低密度等优点,被广泛应用于航空航天、高速列车以及核能等领域。目前陶瓷基复合材料构件普遍采用近净成形技术制备,但仍需进行二次加工以满足最终装配的尺寸精度和几何公差。然而,由于C_(f)/SiC复合材料具有各向异性和多相非均质的材料特性,其高效低损伤加工需求备受关注。因此,系统地综述了文献报道的C_(f)/SiC复合材料超声振动辅助铣削加工技术相关研究进展。首先概述了陶瓷基复合材料传统机械加工以及特种能场辅助加工技术的研究现状。其次,从陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工过程中直角切削试验和有限元仿真两方面总结了材料去除机理和超声作用机制;介绍了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削中切削力建模的方法和陶瓷基复合材料加工表面损伤及其剩余强度方面的研究。最后,分析了陶瓷基复合材料超声振动辅助铣削加工的发展趋势以及展望未来研究方向。

关键词： 陶瓷材料   陶瓷基复合材料   发展前景  

摘要： 陶瓷基复合材料是一种由陶瓷和增强体组成的复合材料,这种材料具有一系列优异的性能,比如良好的机械强度(高强度、高硬度)、良好的稳定性(抗氧化、抗腐蚀)等。因此,陶瓷基复合材料在航空航天、汽车和能源领域都得到了广泛的应用。随着科技的不断发展,陶瓷基复合材料的性能和制备工艺将得到进一步提高和完善,为各领域的发展提供更好的技术支持。

关键词： Ceramic Matrix Composites   Weave Pattern   Boundary Layer Transition   Pit   Flow Loss  

摘要： Ceramic matrix composites(CMCs) are one of the most promising materials in the field of gas turbines,with superior weight and thermal properties. Its surface morphology is different from the traditional casting airfoil components, which mainly comes from different weaving methods and different braided tow thickness. However, few people have studied the influence of surface morphology of ceramic matrix composites(CMCs) on the development of boundary layer and the resulting flow loss. In this paper, Tex Gen is used to generate different surface morphology structures of ceramic matrix composites(CMCs), and the surface flow characteristics of corresponding CMCs plates are numerically studied. It is found that the slope of the displacement thickness of the woven surface first increases and then decreases in the whole transition interval. Thicker braided tow thickness and denser braiding method will induce earlier flow transition phenomenon and produce greater flow loss;The flow loss on the surface of CMCs plate is mainly composed of the vortex loss in the pit and the boundary layer loss outside the pit, and the boundary layer loss is dominant. The weaving methods has a greater influence on the flow state and flow loss of the boundary layer.

关键词： 陶瓷基复合材料   PyC界面相   均匀性   微观结构  

摘要： 陶瓷基复合材料力学性能与界面相的微观结构和均匀性有密切关系。本研究在碳纤维布表面沉积PyC界面相,探究沉积温度、丙烯分压、滞留时间和氢气分压等工艺参数对PyC界面相微观结构及均匀性的影响规律。使用多种手段对PyC界面相微观形貌、织构进行表征,并分析了微观结构、均匀性与工艺参数之间的内在关联。结果表明:界面相织构的规整度随沉积温度和丙烯分压的提高而提高,随氢气分压的提高而降低,而受滞留时间影响较小;沉积温度和丙烯分压升高均导致界面相厚度分布更加不均匀,且丙烯分压过高会直接产生炭黑,延长滞留时间有利于提高界面相的均匀性;对于中织构和高织构,随着氢气分压提高,界面相均匀性先降低后增加,而低织构的界面相均匀性受其影响较小。最后,阐明了PyC界面相生长模式,揭示了工艺参数对PyC界面相织构形态及均匀性的影响规律,为PyC界面相的精细调控提供了基础。

关键词： 热结构材料   陶瓷基复合材料   陶瓷基体   增韧补强   结构单元   连续纤维   高熔点   断裂行为  

摘要： 连续纤维增韧陶瓷基复合材料的出现成功解决了由于陶瓷脆性大,限制其作为热结构材料使用的问题,是目前最有发展前景的热结构材料之一。通过连续纤维、界面和基体等结构单元的合理设计,可有效实现对陶瓷的增韧补强,使陶瓷基复合材料既保持陶瓷基体固有的优异特性(低密度、高熔点、耐腐蚀等),又可以具有类似金属的断裂行为,对裂纹不敏感,不发生灾难性破坏,满足热结构材料的应用需求。

关键词： 陶瓷基复合材料   界面层   微区力学行为   界面剪切强度  

摘要： 作为热结构材料,陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC)在航空航天领域应用潜力巨大。连续纤维的引入解决了陶瓷脆性大的问题,而纤维与基体间微小区域——界面层的设计是保证CMC具有高韧性的关键。一直以来相关研究主要集中于界面层与CMC宏观力学性能之间的关系,受限于表征难以深入研究界面层微区力学行为的困难。随着微纳力学测试与聚焦离子束(focused ion beam,FIB)技术的发展,近些年来对于CMC界面层结合强度以及其失效行为的表征逐渐增多。在此基础上,本文综述CMC中界面层的作用以及界面剪切强度的影响因素与调控机制,同时汇总当下通过直接或间接手段测试界面剪切强度的方法,重点总结微纳力学手段下纤维push-out/push-in以及微柱压缩等方法的适用条件以及差异,报道这些方法在界面区失效机制研究方面的进展,并指明尚存在的一些问题。其中,纤维pushout/push-in可以反映基体应力作用对界面剪切强度的影响,但测试结果可能受到外部因素的影响;而微柱压缩测试则更多地反映界面层本征特性,无法反映基体应力对界面剪切强度的影响,也无法反映纤维拔出过程。最后展望未来的研究方向:进一步拓展界面微区力学行为的表征方法,同时确定微区力学与宏观力学性能间的影响机制并建立模型,最终实现CMC的界面层优化。

关键词： 陶瓷基复合材料   单晶金刚石   车削参数   正交试验  

摘要： 介绍了陶瓷基复合材料(CMC)材料材料特点以及在航空发动机中的应用,以及单晶金刚石刀具优势以及在新型材料加工中的应用。通过分析航空发动机尾锥加工工艺,确定主要的加工难点,并通过增加零件工艺过程的刚性,将加工难点聚焦至车削参数的优化。基于此,设计车削正交试验,得到最佳车削参数。随后进行优化参数的切削对比试验,并验证了其优化参数的切削效果。最后总结了零件工艺过程并提出了实际零件加工过程中切削参数的调整方法。