关键词： 陶瓷基复合材料   热端部件   火焰筒   热冲击试验   航空发动机  

摘要： 连续纤维增韧的碳化硅复合材料火焰筒是航空发动机重要的热端部件之一,对其进行热冲击性能评估具有十分重要的意义。为了考察陶瓷基材料与金属材料的连接性能及火焰筒本体特征部位的抗热疲劳性能,采用扣锁式壁面温度测试方法和基于材料热响应试验制定的热冲击时域循环,对连续纤维增韧的碳化硅复合材料制备的航空发动机火焰筒试件进行燃气热冲击性能研究。试验中,通过准稳定壁温获取试验得到了火焰筒试验件准定常状态时外壁面温度参数;按照加速试车原则确定了热冲击时域循环参数;参照航空发动机100次起降对应的燃烧室经历的热载荷,以100次时域循环作为火焰筒试件试验评估的最终循环次。试验结果表明:经100次热冲击循环后,试件考核部位表现出较好的连接性和抗热疲劳性能,为连续纤维增韧的碳化硅复合材料制备的航空发动机热端部件的工程优选和设计优化提供了试验支撑。

关键词： 陶瓷基复合材料   二维编织   固有频率   迟滞回线   损伤分析  

摘要： 通过室温条件下的循环加卸载试验,研究编织SiC/SiC复合材料固有频率特性及内部损伤演化过程。结果表明:固有频率随循环加卸载过程中峰值应力的增大而减小,通过分别定义频率衰退参数Φ与模量衰退参数D表征了复合材料固有频率与弹性模量的折减程度。基于细观力学理论对编织陶瓷基复合材料循环加卸载迟滞回线进行理论计算,理论模拟结果与试验数据良好吻合。同时,分析计算结果还发现,随着循环加卸载过程中Φ的增加,材料弹性模量衰退参数D、界面脱粘比2l_(d)/l_(c)和纤维断裂概率q均呈明显上升趋势,当陶瓷基复合材料结构固有频率衰退1%时,基体出现开裂,界面发生脱粘;当固有频率衰退4.17%时,2l_(d)/l_(c)上升至1(即完全脱粘),q增加到2.5%,这表明复合材料固有频率的变化可以反映出材料内部的损伤失效过程。

关键词： 2D-C/SiC复合材料   声发射   损伤   机制   声波速度  

摘要： 基于Christoffel方程,运用复合材料刚度矩阵与弹性常数间的关系,将正交各向异性模型运用于2DC/SiC复合材料的声学特性中,得到材料声速的表达式。通过循环加卸载试验测量了2D-C/SiC复合材料整个拉伸过程中不同应力水平处的声速变化,研究了声速对2D-C/SiC复合材料的损伤表征。研究发现,随着应力水平的不断增加,声速逐渐下降,2D-C/SiC复合材料损伤程度对声波在材料中的传播速度有较大影响;引入卸载模量和再加载模量,代替声速理论计算切线模量,理论结果与试验结果吻合良好,误差随载荷增加而增大;声波速度随2D-C/SiC复合材料损伤而发生衰减的关系,根据此衰减关系建立了基于声速的损伤表征量。

关键词： 陶瓷基复合材料构件   C扫描   粘接缺陷检测   HHT时频分析   伪Wigner-Ville分布(PWVD)  

摘要： 新型航天器机体外层陶瓷基复合材料隔热构件在粘贴过程中会产生缺陷,不利于航天器的飞行安全。针对一种陶瓷基多孔复合材料粘接结构构件,利用自主研制的超声C扫描自动检测系统,研究构件粘接层缺陷的超声检测特征。考虑材料多孔性和各向异性会导致超声数据多噪音,采用自适应小波阈值算法对超声信号进行去噪,从而提高透射声波的信噪比。在此基础上,提出采用Hilbert-Huang变换(HHT)和伪Wigner-Ville分布(PWVD)相结合的方法对透射声波进行时频分析,得到时间、频率和幅值的三维分布,从而获得超声透射波最大幅值和对应的时间和频率。通过对比缺陷处与非缺陷处超声透射信号的时频域分布,揭示了该类新型陶瓷基复合材料粘接缺陷对超声信号的影响特点。

关键词： 金刚石   Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)   陶瓷结合剂   复合材料   显微结构   界面  

摘要： 以Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系低温玻璃为基础结合剂烧制金刚石增强陶瓷基复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱及力学性能测试仪等对其界面结合强度、界面处元素分布及界面化学键进行了表征。结果表明,Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系陶瓷结合剂与金刚石颗粒界面结合强度高,790℃煅烧时试样抗折强度达到77.82 MPa。Si、B、Na、Zn各元素在界面位置发生扩散,而Al元素没有明显扩散,元素扩散提升了结合剂对金刚石的把持力。陶瓷结合剂与金刚石在界面处形成C-O、C=O和C-B键,化学成键进一步增进界面结合。另外,790℃煅烧的复合材料中金刚石颗粒保存完好,而850℃煅烧时金刚石出现石墨化迹象。

关键词： 新材料技术   陶瓷基复合材料   预定轨道   电推进系统   氮化硼   中国科学院金属研究所   空间站   首次应用  

摘要： 多项新材料技术用于"天和"核心舱我国空间站"天和"核心舱日前成功发射并准确进入预定轨道,记者从中国科学院金属研究所获悉,该所多项新材料技术在"天和"核心舱获得应用。具体的新材料技术包括:首次应用于核心舱电推进系统中的霍尔推力器腔体,采用了氮化硼陶瓷基复合材料。

关键词： 高超声速飞机   涡轮基组合循环发动机   NASA   陶瓷基复合材料  

摘要： 2021年2月,美国国家航空航天局(NASA)向通用电气公司和Aerion超声速公司授出了两个高超声速飞机技术研究合同。介绍和梳理了两个合同的研究重点及承研单位的技术基础。简述了NASA前期针对高超声速飞机开展的相关研究工作。重点分析了高超声速飞机在美国的战略定位以及美国高超声速飞机的发展态势。分析表明,美国已将高超声速飞机发展列入高超声速现代化战略,已形成了分阶段、渐进式发展路线,并逐步实施了从分系统到飞机的验证项目。

关键词： 2D C/SiC复合材料   损伤分析   拉伸性能   沉头螺栓   间隙配合精度  

摘要： 陶瓷基复合材料机械连接结构强度分析与设计对提高结构承载效率起着至关重要的作用。采用Abaqus有限元软件研究了间隙配合精度对C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓连接结构高温拉伸性能的影响,并讨论了结构失效损伤扩展机制。结果表明:750℃工况下沉头螺栓豁口深度为1.7mm,间隙为0.8%时连接结构承载能力达到最大值。研究结果将为航空航天领域陶瓷基复合材料连接结构的设计和应用提供理论指导。

关键词： 唇形裂纹   应力强度因子准则   最大能量释放率准则   复变函数   陶瓷基复合材料  

摘要： 建立横向拉伸载荷下的唇形裂纹数学模型,采用复变函数的方法,通过保角映射,推导了唇形裂纹尖端应力场和位移场的解析解,建立了唇形裂纹的应力强度因子准则和最大能量释放率准则,结合算例分析陶瓷基复合材料基体唇形裂纹的几何参数、外载荷和纤维分布对失效准则的影响规律。结果表明,(1)裂纹尖端应力场和位移场的解析解与有限元计算结果进行对比,验证了方法的有效性;(2)相较于Griffith裂纹和椭圆裂纹,基于唇形裂纹的失效准则对裂纹尖端的敏感性更高,适用于预测脆性陶瓷基体裂纹的扩展;(3)对于不同几何参数的唇形裂纹,采用最大能量释放率准则的基体裂纹的扩展速率要大于应力强度因子准则。

关键词： 原位生长技术   陶瓷基复合材料   制备工艺  

摘要： 原位生长技术具有成本低、易操作且适合工业上批量化生产等优点,采用原位生长法成功地在SiC陶瓷表面制备CDC/SiC复合材料。采用激光共聚焦显微镜、高温摩擦磨损试验机、显微硬度仪以及划痕仪等检测手段研究了陶瓷表层属性与CDC/SiC复合材料性能的内在联系。数据显示,CDC/SiC复合材料的摩擦系数及表面粗糙度随SiC陶瓷基体表面粗糙程度的降低而减小,表面光滑平整,平均摩擦系数为0.136,明显提高了SiC陶瓷基体的耐磨性;CDC/SiC复合材料显微硬度约为348.6 HV,明显低于SiC陶瓷的硬度。利用原位生长技术制备CDC涂层有望成为改善SiC陶瓷表面性能的有效途径。