关键词： 单向陶瓷基复合材料   疲劳载荷   界面摩擦力   数形结合   参数识别  

摘要： 为了确定疲劳加载过程中不同循环数下界面摩擦力的大小,对单向陶瓷基复合材料(CMCs)的疲劳迟滞行为进行了研究,提出了单向CMCs疲劳载荷下界面摩擦力识别方法。基于剪滞模型,确定了疲劳峰值和谷值应力下纤维应力分布。并基于数形结合的方法推导了迟滞环割线模量的理论值与界面摩擦力之间的函数关系。将迟滞环割线模量的实验值与理论值进行比较,识别了不同循环数下界面摩擦力的大小。结果表明,在前1000个循环内,界面摩擦力从9.89MPa减小为5.28MPa,并在随后的循环内近似不变,说明疲劳过程中界面磨损主要发生在前1000个循环内。此外,本文识别的界面摩擦力大小符合文献中CMCs的典型值(0.2~25MPa),且识别出的界面摩擦力随循环数变化规律与Evans经典界面摩擦力退化公式一致,说明基于本文方法的界面摩擦力识别结果是可信的。

关键词： 陶瓷基复合材料   机械加工   超声加工   激光加工   多能场复合加工   表面亚表面  

摘要： 综述了陶瓷基复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工、多能场复合加工等加工方式的研究进展,并简述了几种加工方式的优缺点。对陶瓷基复合材料的表面及亚表面损伤机制进行了总结和分析,包括材料表面亚表面损伤形式、材料表面亚表面理论及模型研究。提出了传统的陶瓷基复合材料加工技术需要进一步优化刀具材料、开发新的刀具结构、优化工艺参数等,以减少加工缺陷。研究了复合加工中材料去除率最大条件下的损伤容限条件、材料加工后的性能保持性等,同时探究了高效高质量的多能场复合加工新方法及其应用理论,以及研究探索了在复杂载荷及动载荷(如动态切削力、高温切削及超声动态冲击载荷)耦合作用下陶瓷基复合材料的内在损伤机理及演化问题。

关键词： 一体烧结   抗氧化涂层   陶瓷   复合材料   电热性能   热分布  

摘要： 通过一体烧结法将改性碳纤维和陶瓷粉末(高岭土,长石和石英)结合起来制备改性碳纤维陶瓷基复合材料。烧制过程在氮气氛围下同时实现碳纤维的抗氧化保护作用和无机前驱体的陶瓷化。通过扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)对该复合材料内的碳纤维进行表征,涂覆抗氧化涂层使得碳纤维在高温(1100~1200℃)下烧结时能保持其完整性,进而保证所制备的改性碳纤维陶瓷基复合材料具备显著的电热效应。改性碳纤维陶瓷基复合材料的电热效率与碳纤维束长度、碳纤维束根数有关。碳纤维束越长、根数越多,复合材料的电热效率越高。良好的电热特性和稳定性能使该复合材料具有潜在的应用价值。将该复合材料投入工业化生产能改善传统的室内采暖设备耗电量大、用电安全隐患等问题,是室内采暖的理想选择。

关键词： 陶瓷基复合材料   铆钉   剪切性能   多轴向经编预制体  

摘要： 制备常规二维叠层和多轴向经编预制体陶瓷基复合材料铆钉,探索其剪切性能,发现多轴向经编预制体铆钉的剪切性能远高于常规二维叠层预制体铆钉。通过微观结构分析,揭示多轴向经编预制体铆钉剪切强度优异的内在机制,指出合理地提高铆钉轴向的纤维体积含量可以显著提高铆钉的抗剪切性能。

关键词： 陶瓷基复合材料   载荷曲线   简化方法   剪滞模型   滑移区分布  

摘要： 为了实现快速预测陶瓷基复合材料(CMCs)任意应力加卸载作用后的损伤状态和本构行为,对CMCs任意应力加卸载力学行为进行研究。提出基于剪滞模型的任意应力加卸载曲线简化方法,得到仅包含决定CMCs损伤状态的等效载荷曲线,直接计算CMCs在等效载荷曲线作用后的滑移区分布,避免对载荷曲线的逐点计算,进而预测了材料的损伤状态和应力应变行为。对一给定的载荷曲线,简化后峰值和谷值载荷总数减小了63.16%。将该原始加卸载曲线和简化后的等效载荷曲线分别带入剪滞模型和本文提出的滑移区分布计算过程,计算CMCs的滑移区分布和应变。结果表明,两种方法计算结果一致,说明本文提出的载荷曲线简化过程和滑移区分布计算过程是可行的。

关键词： 钻削   陶瓷基复合材料   孔出口损伤   名义断裂韧性  

摘要： 陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等诸多优点,在航空航天、核工业、刹车系统中表现出巨大的应用潜力。然而,由于其各向异性、不均质性、硬脆性的特点,使加工变得十分困难。为了减少钻削加工陶瓷基复合材料产生的孔口损伤,根据断裂力学的止裂原理,提出了名义断裂韧性的概念,建立了孔出口损伤的半经验模型,研究了名义断裂韧性对孔出口损伤带来的影响。实验结果表明,所建立的预测模型能很好的预测试验结果,验证孔出口损伤半经验模型的准确性,揭示名义断裂韧性和孔口损伤的关系;随着名义断裂韧性的提高,孔出口的损伤得到改善,且改善效果呈先快后慢的趋势。因此,通过提高工件材料名义断裂韧性的方式,可以有效抑制孔出口的损伤。

关键词： 陶瓷基复合材料   抗高温氧化性   陶瓷表面   结构部件   镍基高温合金   发动机燃烧   超高温   行业热点  

摘要： 近年来,高热效率的航空发动机、燃气轮机的研制备受重视,SiC/SiC等陶瓷基复合材料(CMC)取代镍基高温合金用作发动机、燃气轮机热端高温结构部件的研究也成为了行业热点。陶瓷基复合材料(CMC)由于其表面形成了致密的氧化硅(SiO2),表现出优异的抗高温氧化性。但在发动机燃烧环境中,CMC表面会迅速产生凹陷,这是因为陶瓷表面的氧化层与水蒸气发生反应生成挥发性正硅酸,导致陶瓷基复合材料过早失效[1-3]。

关键词： 碳纳米管   SiC/SiC陶瓷基复合材料   电性能   先驱体浸渍裂解  

摘要： 为解决结构吸波陶瓷基复合材料的电性能通过纤维设计调控有限的问题,以多壁碳纳米管(MWCNT)颗粒为填料,将其均匀分散在液态聚碳硅烷先驱体中,通过先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备碳化硅(SiC)基吸波陶瓷基复合材料,研究纳米填料对基体介电性能及复合材料吸波性能的影响。结果表明,加入3 wt.%MWCNT能有效提高SiC基体的介电常数,使其具有一定的微波损耗能力。通过PIP工艺制备结构吸波陶瓷基复合材料发现,当含MWCNT陶瓷基体处于复合材料表面时,复合材料与自由空间阻抗匹配性降低,导致入射波在表面反射增加。当复合材料中间层基体含有MWCNT时,兼具良好的匹配和衰减特性,实现室温下在8 GHz-18 GHz具有<-6 dB的优异吸波性能。

关键词： 纤维增强   陶瓷基复合材料   双层天线罩   隔热试验   仿真  

摘要： 对某纤维增强陶瓷基复合材料双层天线罩结构开展隔热性能分析,将双层天线罩结构简化为三层平板模型,采用石英灯辐射加热方法分别对双层天线罩结构及其简化模型开展隔热试验,对比试验结果并分析差异原因,进一步采用计算方法对简化模型进行隔热性能仿真评估,对比分析热对流效应对内部温度场产生的影响,为纤维增强陶瓷基复合材料双层天线罩的隔热性能分析及结构优化设计提供指导。

关键词： 陶瓷基复合材料   化学气相渗透(CVI)   氧化   多尺度   弹性模量  

摘要： 分析了化学气相渗透(CVI)工艺制备的陶瓷基复合材料的氧化损伤演化规律,基于基体的微裂纹分布规律及界面、纤维、基体等组分氧化历程,建立了考虑温度、氧化时间影响的纤维和单胞两个尺度的弹性模量预测模型。预测结果表明,碳纤维(C_(f))/SiC和SiC纤维(SiC_(f))/SiC复合材料的拉伸弹性模量随氧化温度升高和氧化时间的增长,下降趋势越明显。通过复合材料高温氧化后的力学性能试验,验证了弹性性能预测模型的正确性:BN界面的SiC_(f)/SiC材料在1 000℃不同时间氧化后预测结果与试验结果误差不超过2%;PyC界面的C_(f)/SiC在700℃不同时间氧化后预测结果与试验结果误差不超过7%。