关键词： 陶瓷基复合材料   航空发动机   导向叶片   无损检测   SiC_(f)/SiC  

摘要： 随着航空发动机性能进一步提升,急需发展新型轻质、耐高温、长寿命的陶瓷基复合材料导向叶片,以解决目前高温合金材料使用温度达到极限的问题。本文从导向叶片服役环境特点、材料特点、制造工艺、考核验证方法及无损检测技术等方面系统的综述了目前国内外SiC_(f)/SiC复合材料导向叶片研究进展情况,以期为国内航空发动机领域陶瓷基复合材料导向叶片的相关研究工作提供一定的参考。

关键词： SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料   Al-B-C烧结助剂   热压烧结   断裂韧性  

摘要： 以单晶碳化硅纳米纤维(SiC_(nf))为增强体,以铝(Al)粉、硼(B)粉和超细炭黑为烧结助剂,通过化学气相沉积及浸渍裂解工艺在SiC_(nf)上制备了PyC、BN双层界面包覆层,采用热压烧结法制备SiC_(nf)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_(nf)/SiC-CMC)。实验结果表明,Al-B-C烧结助剂在1850℃生成了液相Al8B4C7,促进了SiC陶瓷的致密化,提高了复合材料致密度。当烧结助剂含量为10wt.%时,随着Si Cnf含量的增加,复合材料内孔隙增多,致密度降低,抗弯强度和断裂韧性先增大后降低。当SiC_(nf)含量为10 wt.%时,复合材料的力学性能达到最优,抗弯强度和断裂韧性分别为414 MPa和9.65 MPa·m1/2,相较于未添加SiC_(nf)的热压烧结SiC陶瓷,其韧性提高了93.8%。微观结构分析表明,SiC_(nf)主要通过纤维拔出的方式来增加裂纹扩展时的能量消耗,达到提升陶瓷断裂韧性的效果。

关键词： 浆料法   固含量   氧化铝   陶瓷基复合材料   力学性能  

摘要： 氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度、抗氧化等特点,在航空航天热结构材料方向具有广阔的应用前景。使用Nextel^(TM)610纤维布作为增强体,以浆料浸渍-模压成型工艺制备复合材料粗坯,经马弗炉一次高温烧结获得氧化铝陶瓷基复合材料。通过对纤维和基体的晶体结构、力学强度等性能随热处理温度变化的影响确定适合复合材料制备的温度范围。研究不同固含量浆料对复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明:Nextel^(TM)610/Al 2O 3陶瓷基复合材料的弯曲强度随着固含量的增大呈先增大后减小的变化趋势,当浆料固含量为60%(质量分数,下同)时,其弯曲强度最大,达到370.68 MPa。当固含量小于60%时,复合材料弯曲强度较低的原因是纤维束内的基体填充不足;当固含量增大至65%时,复合材料弯曲强度衰减原因是过多基体缺陷的产生和纤维-基体界面间结合增强,阻碍了纤维脱粘、拔出等增韧机制。

关键词： 中国工程院院士   前沿动态   材料界   国际会展中心   建言献策   学术水平  

摘要： 今年7月8日,被视为我国新材料界学术水平最高、涉及领域最广、前沿动态最新的学术大会—“中国材料大会2022~2023”在深圳国际会展中心拉开帷幕,众多材料领域院士、专家、学者和企业代表参会,为材料领域的创新发展建言献策。以下是中国工程院院士董绍明在会上的主题发言(节选)。

关键词： 2.5D编织物   SiC_(f)/SiC复合材料   陶瓷基   热震   力学性能   损伤  

摘要： 通过单向拉伸和三点弯曲实验,并结合SEM和EDS分析不同热震工况(次数)下对2.5D编织SiCf/SiC(f表示纤维)陶瓷基复合材料(CMCs)力学性能和损伤的影响。结果表明:2.5D编织SiCf/SiC CMCs在室温无热震和1200℃不同热震工况下的拉伸应力-应变曲线呈现非线性变化,随着热震次数的增加,拉伸强度先逐渐降低,然后小幅度增加,材料在热震10次下的拉伸强度降到48.39%,热震30次后增加到54.11%;材料在室温无热震和1200℃不同热震工况下的三点弯曲位移-载荷曲线也呈现非线性变化,随着热震次数的增加,弯曲强度迅速降低,材料在热震10次下的弯曲强度迅速降到26.06%,热震30次后降到10.77%。从宏观断口分析可知,材料在室温无热震下拉伸、弯曲断口表现为伪脆性断裂特性,而在热震工况下拉伸和弯曲断口则表现出韧性断裂特性。从微观断口观察有纤维拔出、纤维脱粘、界面脱粘、裂纹扩展和纤维断裂等损伤行为,且随着热震次数的增多,界面结合力逐渐减弱,上述等损伤行为均显著增加。

关键词： 陶瓷纤维   高性能陶瓷   陶瓷先驱体   陶瓷基复合材料   先驱体转化法   重点实验室   新型分析   实验室简介  

摘要： 一、实验室简介新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室围绕重大需求开展陶瓷先驱体设计、合成与转化研究,发展以先驱体转化法为核心的陶瓷纤维及陶瓷基复合材料制备技术体系,在对材料组成、微观结构进行设计和调控的同时,加强对性能和服役行为的分析表征,探索新型分析测试与评估方法,为高新装备发展提供高性能陶瓷纤维与先进复合材料领域的技术支持以及关键原材料和典型构件保障。

关键词： 陶瓷基复合材料   铣削   多能场辅助加工   加工质量   低损伤  

摘要： 陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、各向异性和非均质性的特点,导致其在加工过程中刀具磨损严重,加工质量差,加工效率低。对经过激光烧蚀处理的试样进行铣削加工,证明了铣削粉末状烧蚀产物时几乎不产生力和热量。利用有限元仿真并进行单向超声振动辅助铣削,发现超声振动辅助铣削工艺可以在不降低加工效率的前提下实现陶瓷基复合材料低损伤切削加工。提出了激光烧蚀与超声振动辅助铣削的组合加工工艺。基于加工质量、加工效率、刀具成本等多维指标对铣削加工策略进行综合评价。激光烧蚀+超声振动辅助铣削策略可以获得质量更好的已加工表面,同时加工时间少,刀具成本低,综合来看是可以实现陶瓷基复合材料高效低损伤铣削加工的工艺方案。

关键词： 陶瓷基复合材料   太赫兹波谱   缺陷检测   零相位滤波   融合成像  

摘要： 陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composites,CMC)具有密度低和耐高温等一系列优点,广泛应用于飞机机翼前缘与先进燃气涡轮发动机等部件。由于在其生产过程中存在着制作工艺多样和制作步骤繁复等因素影响,材料内部不可避免地会存留缺陷,这对材料质量稳定性以及可靠性都造成了不可忽视的影响。针对其内部缺陷检测的迫切需求,基于太赫兹时域光谱(Terahertz time-domain spectroscopy,THz-TDS)技术具有信息量丰富、时间分辨率高的优势,提出一种用于CMC内部缺陷无损检测的太赫兹检测方法。首先,采用反射式THz-TDS系统,对预制的CMC试样进行了非接触式无损检测,获得样品逐点扫描检测信号。然后,针对其高频信号在高阶滤波后常出现的明显相位延迟现象,提出一种零相位滤波方法,消除相位延迟并精确提取出峰值、相位与渡越时间等信息。在此基础上,采用多特征加权融合成像方法绘制材料缺陷的二维表面成像结果,并重构与其对应的缺陷三维形貌图,直观展示出了缺陷形貌位置信息,最终实现了CMC试样的缺陷定位与尺寸定量评估。

关键词： 陶瓷基复合材料   界面涂层   SiC   谢菲尔德大学   降低成本  

摘要： CICSiC项目成功开发了基于SiC的CMC的均匀、连续涂层相关的设备和加工技术,以降低成本并提高新设计和应用的性能和可靠性。谢菲尔德大学先进制造研究中心(AMRC)与Archer Technicoat Limited(ATL)、TISICS Metal Composites以及Cygnet Texkimp合作开展了“碳化硅(SiC)复合材料的连续界面涂层”(简称CICSiC)的项目。

关键词： 热管理   高导热   碳化硅   复合材料   综述  

摘要： 碳化硅陶瓷基复合材料以其高比强度、高比模量、高导热、良好的耐烧蚀性能、高温抗氧化性、抗热震性能等特性,广泛应用于航空航天、摩擦制动、核聚变等领域,成为先进的高温结构及功能材料。本文综述了高导热碳化硅陶瓷基复合材料制备及性能等方面的最新研究进展。引入高导热相,如金刚石粉、中间相沥青基碳纤维等用以增强热输运能力;优化热解炭炭与碳化硅基体界面用以降低界面热阻;热处理用以获得结晶度更高、导热性能更好的碳化硅基体;设计预制体结构用以建立连续导热通路等方法,提高碳化硅陶瓷基复合材料的热导率。此外,本文展望了高导热碳化硅陶瓷基复合材料后续研究方向,即综合考虑影响碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,优化探索高效、低成本的制备工艺;深入分析高导热碳化硅陶瓷基复合材料导热机理,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、具有优异热物理性能的各向同性高导热碳化硅陶瓷基复合材料。