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。

关键词： 航空发动机热结构   连续SiC纤维   SiC/SiC复合材料  

摘要： 连续SiC纤维增强SiC基(SiC/SiC)复合材料具有质轻、耐高温、高温强度好、抗蠕变性能佳等特点,是下一代先进航空发动机热结构的首选。连续SiC纤维是SiC/SiC承载增韧的主要单元,是限制SiC/SiC发展和应用的关键材料。本文阐述了连续SiC纤维的发展历程,列举了国内外已经商品化的连续SiC纤维制备工艺和成本,对比了不同牌号纤维的力学性能,综述了SiC/SiC复合材料制备、性能及其应用,并对未来SiC/SiC复合材料的应用前景和发展方向进行了展望。

关键词： 陶瓷基复合材料   铣削力   刀具磨损  

摘要： SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料具有硬度高和耐磨损等特点,在切削加工时存在切削力大和刀具磨损严重等问题。采用正交试验法对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料开展了铣削试验,使用极差法对铣削力进行分析,通过分析铣削加工参数对铣削力的影响规律,得出铣削深度对铣削力的影响最大。同时,分析铣削深度对刀具磨损的影响结果表明,随着铣削深度的增加,单位时间内刀具铣削材料体积增加,引起铣削力增大和铣削区域温度上升,导致刀具磨损增加。给出了以铣削力最小和刀具磨损量最低为优化目标的各个工艺参数,为后续的SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料铣削加工提供参考。