关键词： 复合材料   剪切   损伤   基体开裂   Weibull分布  

摘要： 针对平纹陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMCs)非线性面内剪切行为,提出了一种预测其剪切应力-应变响应的解析模型。该模型将材料简化为纤维束与束外等效基体2个部分,假设等效基体剪切强度服从Weibull分布,定义基体剪切裂纹饱和间距与当前间距的比值为损伤率,认为基体剪切模量随着损伤率的增加呈指数衰减。考虑基体开裂与界面脱黏对剪切性能的影响,分析了模型参数对剪切应力-应变曲线的影响规律。通过与平纹C/SiC和SiC/SiC复合材料面剪试验曲线的对比,验证了模型的准确性。该模型可用于CMCs的剪切行为分析与设计。

关键词： 航空发动机   涡轮叶片   陶瓷基复合材料  

摘要： 现代民用航空发动机总体设计已经定型,要想提升发动机的性能、提高推重比,必须在发动机制造材料上进行升级换代。如今,传统高温合金已经很难追上航空发动机的发展速度,研发新型高温材料取代高温合金是最有效的途径,陶瓷基复合材料是其中的选择之一。本文介绍了陶瓷基复合材料的发展以及应用现状,总结了目前航空发动机使用的高温合金制作工艺以及使用材料的发展历程,并指出了高温合金涡轮叶片的缺点,提出了相应的解决方案。随后介绍了陶瓷基复合材料的概念、制备方法以及性能,分析了目前陶瓷基复合材料存在的缺点和改进方法,对陶瓷基复合材料替代高温合金用于航空发动机涡轮叶片进行了分析。

关键词： 陶瓷基复合材料   超声振动磨削   试验研究   磨削力   表面质量  

摘要： 采用电镀金刚石砂轮对CVI+PIP综合工艺制备的2.5D正交编织C/Si C陶瓷基复合材料进行了轴向超声振动平面磨削加工试验。通过对超声振动磨削与普通磨削的磨削力、磨削表面三维形貌及粗糙度的分析与测量,对C/Si C复合材料的加工工艺进行了研究。结果表明,磨削过程中材料去除方式以脆性去除为主,碳纤维损伤形式以纤维拉断、剥离、横向断裂为主,基体主要为压溃破碎去除。施加超声振动后磨削力降低35%~40%,表面加工质量也有明显的改善。正交试验结果表明,磨削工艺参数中主轴转速、进给速度、磨削深度对磨削表面粗糙度Sa的影响程度也有所不同,影响顺序为:进给速度>主轴转速>磨削深度,采用高速微磨削可以有效提高磨削效率和表面加工质量。

关键词： 氧化铝纤维   氧化铝基复合材料   预浸料  

摘要： 氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的增强体和基体均由氧化物构成,不存在氧化问题,是长寿命高可靠性构件的理想选材,可在1000~1300℃的高温环镜中长期使用。本研究借鉴树脂基复合材料单向纤维湿法预浸料制备工艺,通过配置氧化铝粉体料浆在缠绕式湿法预浸机上制备了单向氧化铝纤维预浸料,然后预浸料经铺层模压和高温热处理获得了氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,同时对复合材料性能进行了表征。结果表明,氧化铝粉体料浆的固含量在50%(体积分数,下同),料浆溶剂中水和丙三醇的比例为3:1,纤维的走丝速度为6m/min,滚筒平行进度为0.5mm时可获得无缝隙、无纤维重叠、表面平整光滑的预浸料。通过预浸料铺层热压成型制备的复合材料抗拉强度高达208.2 MPa,抗弯曲强度为386.7 MPa。和料浆涂刷二维纤维布工艺相比,力学性能大幅度提高,且预浸料工艺具有易存储、操作简单、适于工业化生产等优势。

关键词： 陶瓷   复合材料   研究   防弹性能  

摘要： 对陶瓷基复合材料所用胶粘剂、成型工艺进行了研究,确定了胶粘剂的种类,确定了复合材料的压制工艺:压力5 MPa、温度80℃,压制时间为15 min。同时对制备的复合材料进行了防弹性能测试,制品通过了NIJⅢ、Ⅳ级标准测试,取得检测报告,可对后续相关研究工作提供参考。

关键词： 陶瓷基复合材料   电学特性   高温特性   机械性能   损伤力学  

摘要： 研究针对不同服役环境下2DSiC/SiC复合材料的电阻率特性进行了研究。从1300℃降至室温的无氧环境中,复合材料的电阻率随温度降低而增大;借助曲线拟合,建立了电阻率与温度之间的映射关系。在1300℃空气环境中氧化20和60 h后,由于PyC界面层和SiC基体的氧化,复合材料的导电性显著降低;以SiO_(2)的含量定量表征氧化程度,建立了电阻率与氧化损伤之间的映射关系。复合材料的电阻率和应力随应变的变化趋势相似,电阻率变化率和刚度随应变的变化趋势相反。在线性阶段,基体开裂数量极少,刚度几乎不变,电阻率缓慢增大;在非线性阶段,基体开裂数量增加较快,造成刚度降低,电阻率快速增大;后半段的基体裂纹数量缓慢增多,刚度和电阻率变化率趋于平稳。

关键词： 纤维增强SiC陶瓷基复合材料   加工   研究进展  

摘要： 纤维增强SiC陶瓷基复合材料具有密度低、强度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优点,在航空航天及其他高温条件使用领域具有广泛的应用潜力。然而难加工特点制约了这类材料的广泛使用。由于存在硬度高、脆性大和各向异性特点,高精度低损伤加工成为其工程应用必须解决的关键技术之一。本文主要综述了近年来纤维增强SiC陶瓷基复合材料加工技术研究进展,综合分析了不同加工方法的加工原理、理论模型构建、工艺参数优化、表面质量控制与损伤形成机制等,讨论了当前存在的主要问题,对未来研究方向提出了发展与展望。

关键词： C_(f)/SiC陶瓷基复合材料   激光辅助高速微车削   切削力   方差分析  

摘要： C_(f)/SiC陶瓷基复合材料作为一种新型耐高温材料,在航空航天领域具有广泛的应用前景,但难加工特性带来了新的挑战。采用激光辅助高速微车削机床在C_(f)/SiC陶瓷基复合材料上进行外圆切削加工,以主切削力F_(z)为目标,优化C_(f)/SiC陶瓷基复合材料的切削参数。分别采用单因素试验与多因素正交试验研究工件转速n、切削深度a_(p)、进给速度v_(f)与功率密度q对x、y和z 3个方向切削力的影响规律,通过方差分析法指出各加工参数对F_(z)影响的主次顺序及最优参数组合。试验结果表明:与常规高速微车削相比,激光辅助高速车削技术能够改善各个方向切削力大小,切削力最大降低81.436%;各试验因素对F_(z)的影响从大到小依次为q>n>a_(p)>v_(f);最优加工参数组合为:q=400 W/mm^(2),n=4 000 r/min,a_(p)=20μm,v_(f)=20 mm/min时,F_(z)最佳为1.831 N。

关键词： 涡轮叶片   陶瓷基复合材料   多尺度方法   损伤模拟   服役安全   寿命预测   细观力学   有限元  

摘要： 对陶瓷基复合材料(CMCs)涡轮叶片服役安全寿命预测方法展开研究,为充分考虑CMCs细观结构的非均质性和力学性能的各向异性,发展一种多尺度力学分析方法。首先,从纤维/基体的组分尺度出发,通过细观力学方法获取纤维束尺度的力学特性;然后,采用细观有限元方法,通过对代表体元的分析获取材料编织结构尺度的力学性能;最后,通过宏观有限元分析,获取CMCs涡轮叶片结构尺度的力学响应。根据宏观应力-应变场分析叶片的危险区域,提取应力状态作为代表体元边界条件,分析细观应力-应变场。在此基础上引入基于细观力学的疲劳失效判据,进行叶片寿命预测。相关方法和结果可以为CMCs在涡轮发动机高温部件中的安全服役提供参考。

关键词： 微带贴片天线   陶瓷基复合材料   丝网印刷   烧结制度   驻波性能  

摘要： 目的 研究丝网印刷工艺参数(印刷压力、离网间距和印刷速度)和烧结制度(烧结温度和保温时间)对陶瓷基复合材料微带天线基板表面丝网印刷银膜层结构与性能的影响。方法 在石英纤维增强二氧化硅基复合材料表面,通过丝网印刷工艺,在指定温度下烧结制备银膜层。采用金相显微镜、扫描电镜、四探针测试仪和焊接法等测试手段,研究银膜层的微观形貌、方阻与附着力。采用矢量网络分析仪表征微带贴片天线的驻波性能。结果 当印刷压力为90N、离网间距为2.5mm、印刷速度为90mm/s时,银膜层的方阻最低,附着力最大。当烧结温度为850℃、保温时间为15 min时,银膜可以获得最好的致密结构和导电性,此时方阻为5.4 mΩ/□,附着力为2.25 N/mm^(2)。在上述印刷和烧结工艺条件下制作的天线板,其常温中心频点为1.869GHz,与设计中心频点(1.86GHz)的吻合度较好。结论 丝网印刷工艺参数通过影响印刷过程中银浆的转移率影响膜层的导电性和附着力,烧结制度显著影响银膜结构的致密性,进而影响银膜的导电性和附着力。在印刷压力为90 N、离网间距为2.5 mm、印刷速度为90 mm/s的印刷工艺条件和850℃保温15 min的烧结条件下,制备的陶瓷基微带贴片天线具有较好的驻波性能。