关键词： 复合年增长率   市场研究机构   陶瓷基复合材料   类陶瓷  

摘要： 根据国际市场研究机构Research And Markets的报告,全球陶瓷基复合材料市场预计将从2021年的113.5亿美元增长到2022年的122.6亿美元,复合年增长率为8.05%。预计该市场将在2026年增长到171.5亿美元,复合年增长率为8.75%。

关键词： 纤维增强陶瓷基复合材料   孔隙   力学性能   多尺度分析   数值模拟  

摘要： 纤维增强陶瓷基复合材料具备低密度、高强度、可以抵抗高温等优异特性,是目前应用于航空航天领域的世界前沿材料。孔隙作为该材料中最常见的缺陷,会对其各项力学性能产生显著影响继而影响其在服役条件下的使用安全与寿命。首先介绍了孔隙缺陷的产生原因及其检测方法;然后介绍了含孔隙缺陷的理论、数值模拟及实验的研究进展;最后,探讨和展望了孔隙缺陷对纤维增强陶瓷基复合材料影响的整体研究趋势。

关键词： 碳-陶瓷基复合材料   渗透技术   生物态材料   力学性能   航空发动机   尾气净化器  

摘要： 近年来,碳-陶瓷基复合材料因其耐高温、低密度、抗腐蚀性能好、热膨胀系数低、性能可设计性强等特点成为研究热点之一,将生物态材料的多孔结构引入陶瓷基体中制备具有生物形态的碳-陶瓷复合材料的研究已引起关注。本文综述了生物态碳-陶瓷基复合材料的多孔结构、制备工艺、性能以及应用前景。强调设计材料微观结构的重要性,并详细介绍了碳-陶瓷基复合材料制备过程中的关键技术——渗透技术,包括:化学气相渗透、熔融渗透、溶胶凝胶渗透、料浆渗透、聚合物前驱体渗透、熔盐渗透六种渗透技术,并对其存在的问题提出解决方案。综述了生物态碳-陶瓷基复合材料压缩强度和断裂强度等性能,对未来的性能研究方向提出建议,指出应测试高温、强酸强碱、冷热交替环境下材料的力学性能。探讨生物态碳-陶瓷基复合材料在航空发动机叶片、汽车尾气净化器、催化剂载体三个方面的潜在应用,概述在复杂成型、较强的力学性能和热稳定性等方面的挑战和实际局限性。最后,对生物形态的碳-陶瓷基复合材料制备工艺的改进、力学性能的研究进行展望,为生物态碳-陶瓷基复合材料的研制和应用提供理论依据和参考。

关键词： SiC/SiC复合材料   环境障涂层   热冲击   涂层失效  

摘要： 环境障涂层(EBCs)是确保陶瓷基复合材料在航空发动机使用环境下可靠性与耐久性的关键因素。以聚合物浸渍热解(PIP)和化学气相渗透(CVI)工艺制备的SiC/SiC陶瓷基复合材料为基体,采用大气等离子喷涂(APS)在SiC/SiC复合材料表面制备EBCs,并分别在1200、1300℃进行热冲击试验。结果表明:PIP-SiC/SiC基体表面的EBCs在1200℃经历1425次热冲击出现了涂层剥落现象,而CVISiC/SiC基体表面的EBCs在1300℃经历2000次热冲击循环后,涂层表面依然完整,未见失效和剥落现象,这主要是由于基体的热导率差异造成的。

关键词： 陶瓷基复合材料   连续纤维增强   剪滞模型   纤维脱粘   基体裂纹  

摘要： 本文对纤维增强陶瓷基复合材料在单向载荷下的损伤失效机制进行了研究。根据常规的剪滞模型,引入库仑定律描述界面剪应力,根据能量平衡方法和断裂力学脱粘准则,计算了基体的稳态开裂应力和界面的脱粘长度。分析了不同剪滞模型下基体稳态开裂应力的区别和适用范围,讨论了界面剪应力、界面摩擦系数、界面脱粘能、纤维体积分数等对基体稳态开裂应力的影响。采用剪滞模型描述纤维增强陶瓷基复合材料在损伤后的细观结构应力场,根据基体裂纹随机演化方法确定基体裂纹的间距,根据断裂力学脱粘准则描述界面的脱粘行为,将剪滞模型和损伤模型结合预测了单向纤维增强陶瓷基复合材料在单轴载荷下的应力-应变曲线,讨论了各因素对应力-应变曲线的影响。

关键词： SiC陶瓷基复合材料   界面层   耐高温性能   抗氧化性能  

摘要： 纤维增强SiC陶瓷基复合材料由纤维、界面层和SiC基体组成。界面层可以传递载荷和偏转裂纹,同时防止纤维受到材料制备和使用过程中的化学侵蚀,对于调节SiC陶瓷基复合材料的各项性能具有非常重要的作用。本文在叙述界面层功能的基础上,讨论了界面层对陶瓷基复合材料的力学、耐高温及抗氧化性能的影响,并分析了研究中存在的问题,指出了未来研究的方向和重点。

关键词： 陶瓷基复合材料   环境障涂层   熔盐腐蚀   水氧腐蚀  

摘要： 随着航空发动机向着高效率、高推重比方向发展,传统镍基高温合金已经接近其服役温度极限,新型材料体系的引入刻不容缓。陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composites,CMCs)以其重量轻、强度高、高温性质稳定等特性成为下一代航空发动机热端的理想备选材料。但在恶劣的服役环境下陶瓷基复合材料面临CMAS(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)熔盐冲刷作用和高温水氧腐蚀的威胁,需要在其表面制备环境障涂层(Environmental Barrier Coating,EBC)来提高其抗腐蚀能力。以硅酸盐为面层的第三代EBC体系是目前研究的热点。本文在总结EBC涂层设计要求、简要介绍前两代EBC发展历程的基础上详细介绍第三代EBC体系的发展现状,并结合现有研究报道展望未来EBC的发展方向,为先进航空发动机的选材提供借鉴。

关键词： 陶瓷基复合材料   旋转超声加工   机器人   工艺参数   缺陷分析  

摘要： 针对C/SiC陶瓷基复合材料硬度高、难加工的特点,研究了机器人旋转超声制孔工艺优化策略。采用基于出口撕裂面积的缺陷评估方法,分析了陶瓷基复合材料制孔缺陷;通过正交试验研究了主轴转速、进给速度、超声振幅等工艺参数对制孔质量和孔径精度的影响规律,并利用方差分析和极差分析方法确定了最优工艺参数;基于此工艺参数,开展了刀具磨损试验。结果表明,对于厚度为8 mm的C/SiC陶瓷基复合材料叠层试板,钎焊金刚石套料钻可以稳定制40个孔,孔径精度达H9,撕裂面积因子在0.2以内;最后综合考虑制孔质量与效率要求,提出了先快后慢分段切削的工艺策略,在保证制孔质量的同时提高了制孔效率。

关键词： 超高温   陶瓷基复合材料   有机无机转化   高温气动   燃气环境  

摘要： 超高温陶瓷基复合材料是以连续碳纤维为增强体、超高温陶瓷为基体的一类复合材料,具有密度低、韧性好、耐高温、抗氧化及耐烧蚀等优异性能,在新型高速飞行器热结构应用方面有着不可替代的作用。碳纤维增强体和陶瓷基体是超高温陶瓷基复合材料的两个重要组成部分,对复合材料使役性能起着决定性作用,但是,碳纤维与陶瓷基体的理化性质差异大,如何将碳纤维与陶瓷基体进行有效复合,以便充分发挥碳纤维轻质、高强韧特性与陶瓷基体抗氧化、耐烧蚀特性,是超高温陶瓷基复合材料基础研究和工程应用需要解决的主要问题。本文论述了有机无机转化法制备超高温陶瓷基复合材料技术的发展思路,介绍了超高温有机陶瓷前驱体的设计与合成、C/ZrC-SiC和C/HfTaC-ZrC-SiC复合材料的研究结果,探讨了解决新型高速飞行器高温气动/燃气环境氧化烧蚀问题的材料技术方案,为连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料的技术发展和工程应用提供借鉴.

关键词： 陶瓷基复合材料   热压烧结   碳纤维   界面反应   ZrC   ZrB_(2)  

摘要： 以微米级陶瓷粉体和短切碳纤维为原料,经1800℃热压烧结制备了C_(sf)/SiC-BN-(ZrC,ZrB_(2))陶瓷基复合材料。采用力学性能测试、XRD、SEM等方法研究了ZrC和ZrB_(2)对C_(sf)/SiC-BN-(ZrC,ZrB_(2))复合材料界面反应、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:C_(sf)/SiC-BN-ZrC复合材料的断裂韧度达到8.83 MPa·m^(1/2),纤维与基体的界面反应较弱。随着ZrB_(2)的加入,C_(sf)/SiC-BN-ZrC-ZrB_(2)和C_(sf)/SiC-BN-ZrB_(2)复合材料的弯曲强度得到提升,但界面反应也明显加剧,断裂韧度分别下降至5.92 MPa·m^(1/2)和5.59 MPa·m^(1/2)。添加ZrB_(2)会加剧界面反应,导致碳纤维退化和复合材料断裂韧度降低。