关键词： 陶瓷基复合材料   涡轮叶盘   仿生结构设计   燃气涡轮发动机  

摘要： 涡轮转子是燃气涡轮发动机的核心部件。受到蜘蛛网强韧性和协同承载特性启发,提出了蛛网仿生结构(SWS)SiC/SiC陶瓷复合材料涡轮叶盘的制备方法,通过SWS预制体设计与成型,完成了SWS-SiC/SiC涡轮叶盘制备,表征了SWS-Si C/Si C涡轮叶盘性能。结果表明:所制备SWS-Si C/Si C涡轮叶盘的破裂转速达到n=118000 r/min(叶尖线速度达到702.84 m/s),是常规2D-Si C/Si C涡轮叶盘破裂转速的3.09倍,是某燃气涡轮发动机涡轮叶盘设计转速(n=85000 r/min)的1.86倍;经设计转速测试后,所制备SWS-SiC/SiC涡轮叶盘的一阶、二阶、三阶频降分别是:0.41%、0.03%和0.26%。

关键词： 陶瓷基复合材料   磨削   侧边崩碎   纤维断裂  

摘要： 对碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC)进行了单颗磨粒磨削试验,研究了脆性去除模式下磨削中侧边崩碎规律。研究结果表明:磨削SiC基体时,基体内裂纹易引发磨削中大块侧边崩碎;磨削纤维时,侧边崩碎宽度随纤维与磨削方向夹角的增大而增大;磨削90°纤维时,提高磨削速度可减小侧边崩碎程度;以50 m/s和90 m/s的磨削速度磨削造成的侧边崩碎宽度比以20 m/s磨削时的侧边崩碎宽度分别小30%和60%;在试验参数范围内,增大磨削用量不会增大磨削中侧边崩碎程度,但可以提高材料去除率。

关键词： SiC_(f)/SiC   陶瓷基复合材料   超声辅助磨削   砂轮磨损  

摘要： 研究SiC_(f)/SiC复合材料超声辅助干式侧磨砂轮磨损,为SiC_(f)/SiC复合材料超声磨削加工提供理论与技术支持。开展SiC_(f)/SiC复合材料超声辅助干式侧磨砂轮磨损实验,研究超声振动对砂轮磨损的影响,对砂轮表面进行追踪观测和微观分析,提取磨粒磨损特征,揭示砂轮磨损机制;统计磨粒磨损平面面积,掌握砂轮磨损规律;分析砂轮磨损和超声振动对磨削力、材料去除率和表面粗糙度的影响。研究表明:在普通干式侧磨和超声辅助干式侧磨加工中,砂轮磨损均以磨耗磨损为主,都会形成粗糙与平整的磨损平面。超声振动引入后,断裂磨损增多,包括磨粒断裂与磨粒脱落现象;磨屑堵塞较少,但是会产生较大的磨粒磨损平面;磨粒磨损引起的砂轮直径减小更明显,磨削力略微上升,材料去除率降低;工件表面粗糙度显著降低,表面粗糙度Sa值最大可以降低约30%。

关键词： SiC陶瓷基复合材料   SiC纳米纤维   裂解碳包覆   化学气相沉积   断裂韧性   热压烧结  

摘要： 以SiC纳米纤维(SiC_(nf))为增强体,通过化学气相沉积在SiC纳米纤维表面沉积裂解碳(PyC)包覆层,并与SiC粉体、Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)烧结助剂共混制备陶瓷素坯,采用热压烧结工艺制备质量分数为10%的SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基(SiC_(nf)/SiC)复合材料。研究了PyC包覆层沉积时间对SiC_(nf)/SiC陶瓷基复合材料的致密度、断裂面微观形貌和力学性能的影响。结果表明:在1100℃下沉积60 min制备的PyC包覆层厚度为10 nm,且为结晶度较好的层状石墨结构;相比于纤维表面无包覆层的复合材料,复合材料的断裂韧性提高了35%,达到最大值(19.35±1.17)MPa·m^(1/2),抗弯强度为(375.5±8.5)MPa,致密度为96.68%。复合材料的断裂截面可见部分纳米纤维拔出现象,但SiC_(nf)/SiC陶瓷基复合材料界面结合仍较强,纳米纤维拔出短,表现为脆性断裂。

关键词： 碳纤维增强陶瓷基复合材料   高温拉伸性能   晶粒尺寸   内部缺陷  

摘要： 为进一步提高以碳化硅为主要基体的陶瓷基复合材料的高温力学性能,对材料高温拉伸性能的变化规律和影响因素进行了评价和分析。结果表明,随着温度的升高材料拉伸性能呈现先上升后下降的变化趋势,碳化硅基体结晶程度逐渐提高,晶粒尺寸逐渐长大并出现团聚,导致内部缺陷孔洞增多,造成材料高温性能下降;材料热处理温度、致密化度的提高对材料的高温性能具有改善作用,使材料在经历最高温度2000℃,总时长3000s热环境条件下测试时性能保留率达82.4%。

关键词： 复合材料   强韧化   纤维   基体   力学性能  

摘要： 氧化物纤维增强氧化物陶瓷基复合材料因优异力学性能、抗氧化性而备受关注,在载人航天、军工等领域具有极高战略地位.本文围绕该类材料强韧化研究现状,总结了增强体纤维和基体材料的性质及选取原则,指出纤维相和基体相高温力学性能亟需提升,未来应大力开发新组分材料体系;综述了复合材料结构优化方案,表明基于双相力学缺陷开展力学结构优化、合理设计相界面结构是未来重点研发方向;对比总结了该类材料现有制备工艺,对未来有潜力的制备技术进行了展望.

关键词： HfC-TaC   C/SiC-ZrC   陶瓷基复合材料   静态氧化   前驱体浸渍裂解  

摘要： 利用HfC-TaC对C/SiC-ZrC陶瓷基热结构复合材料进行改性,提升C/SiC-ZrC材料的抗氧化性能。结合前驱体浸渍裂解和化学气相沉积法制备陶瓷基复合材料,并通过静态氧化实验(1600℃/5h和1600℃/20h)检验其抗氧化性能。结合弯曲强度测试和失重情况分析,发现HfC-TaC可以有效改善C/SiC-ZrC复合材料的氧化行为,且能够使其满足力学性能要求。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等仪器,对复合材料的晶相结构、微观结构等进行了分析,结果显示:均匀的元素分布和基体中各陶瓷组元间良好的融合度是C/SiC-ZrC复合材料抗氧化性能提升的原因。

关键词： 陶瓷基复合材料   低成本   先驱体   填料   PIP   混合工艺  

摘要： 聚合物浸渍裂解(Polymer infiltration pyrolysis,PIP)工艺简单,可以净尺寸成型复杂构件,在陶瓷基复合材料制备中有着广泛的应用。但是其先驱体合成工艺复杂、陶瓷产率低、价格昂贵,且PIP工艺周期长,使得生产成本高昂,影响其发展和工程化应用。从陶瓷先驱体的低成本研发与高效率的致密化工艺两部分对陶瓷基复合材料的低成本制造进行了综述。

ISBN: (纸本)9787030707635

关键词： 陶瓷基复合材料   虚拟试验   分子动力学  

摘要： 随着以C/SiC为代表的陶瓷基复合材料的应用,高速飞行器性能得到快速提升。然而,C/SiC材料内部多尺度结构特征以及复杂的气动力、热、氧环境作用给基于虚拟试验的材料结构性能评估验证带来巨大挑战。分子动力学方法通过原子尺度建模,可以自下而上预测复杂环境下的材料行为。简要综述分子动力学方法以及在C/SiC材料模拟方面的进展,展望分子动力学模拟在支撑材料工艺改进、结构失效分析、虚拟试验技术发展等方面的应用前景。