关键词： WC陶瓷基复合材料   ZrO   放电等离子烧结   烧结工艺   晶粒生长动力学  

摘要： 采用放电等离子烧结（SPS）制备了WC-ZrO2陶瓷基复合材料，研究了SPS对复合材料显微组织、性能和晶粒生长动力学的影响。采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜对样品的相组成、形貌和粒径进行了研究。结果表明：较佳SPS工艺为1650℃，5 min，40 MPa。WC-10 wt.% ZrO2具有较佳的综合性能，其相对密度为99.9%，硬度为2003 HV，断裂韧性为11.3 MPa·m1/2。WC-10 wt.% ZrO2在长轴和短轴方向上的生长动力学指数和生长活化能分别约为2.173和421.342 kJ/mol，2.326和457.685 kJ/mol。WC陶瓷和WC-ZrO2陶瓷基复合材料中的生长传质机制分别受离子的随机扩散和晶界扩散控制。

关键词： 航空发动机   复合材料   先进性材料   金属基复合材料   陶瓷基复合材料  

摘要： 本文综述了复合材料和先进性材料在航空发动机中的应用现状与发展趋势,探讨了其在提高发动机性能、延长使用寿命以及降低燃油消耗等方面的潜力。随着材料科学的发展,复合材料和金属基、陶瓷基复合材料(MMC、CMC)逐渐成为航空发动机关键部件的选择,提供了更优越的力学性能与耐热性。展望未来,材料创新对航空发动机技术发展的深远影响,尤其是在提升燃油效率、降低排放及推动绿色航空技术发展方面,具有重要意义。

关键词： 陶瓷基复合材料(CMC)   材料去除机制   材料损伤机制   划擦力  

摘要： 针对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料去除机理研究需求,开展金刚石划擦SiC_(f)/SiC复合材料试验,系统地研究划擦过程中划擦力的影响,分析不同加工方向和划擦参数对材料去除机制。结果表明,划擦力影响大小排列顺序为划擦深度、划擦速度和划擦角度。当划擦方向与纤维方向成0°时,可得到最小的划擦力和较好的表面质量。当划擦方向与纤维方向成45°或90°时,金刚石压头会影响SiC_(f)/SiC复合材料表面质量。这主要是因为SiC_(f)/SiC复合材料主要的材料去除方式是脆性断裂,其特征是纤维直接断裂、基体破碎、纤维拔出。在实际加工中,可通过控制加工方向与纤维方向、控制磨削深度等加工参数提高表面质量。

关键词： 针刺陶瓷基复合材料   微观缺陷   Micro-CT检测   缺陷表征  

摘要： 针刺陶瓷基复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景。针对针刺陶瓷基复合材料内部存在的微观缺陷,采用Micro-CT技术进行高精度检测,从微观层面观测分析针刺陶瓷基复合材料内部孔隙、纤维偏转和裂纹等缺陷。借助三维重构技术重构基体和纤维结构,分析了孔隙的分布特点和各区域孔隙的形成机理。基于孔隙形态结构,对孔隙分布位置与形态差异进行了准确表征,为进一步揭示材料内部微观缺陷对复合材料性能的影响奠定了基础。

关键词： 陶瓷基复合材料   激光烧蚀   砂带磨削   激光辅助磨削   脆性断裂损伤  

摘要： SiC_f/SiC复合材料因其低密度、耐高温、高比强度和耐腐蚀等特点，在航空发动机热端部件中具有重要的应用前景，但其非均质及硬脆性导致的难加工问题制约了其高性能服役和广泛应用。基于此，提出了激光诱导烧蚀辅助砂带磨削方法，并探究了加工过程中材料去除行为和损伤机理，系统分析了不同工艺参数对磨削力、磨削温度和表面粗糙度等的影响规律。结果表明，激光诱导烧蚀使SiC_f/SiC复合材料表面氧化生成了极易去除的SiO2颗粒。对比传统磨削，激光诱导烧蚀辅助砂带磨削减小了大面积纤维脆性断裂，并生成了形状与尺寸大小基本一致且含有大量氧化物的磨屑。此外，激光扫描间距的增加会导致磨削力、磨削温度和表面粗糙度的增加。最后，在激光扫描间距为130μm，砂带进给速度为100 mm/min，磨削速度达到2 100 r/min的工况下，SiC_f/SiC复合材料主要以微断裂形式去除，且纤维和基体表面形貌呈现出压溃和犁耕状，最终在表面形成大块平整且无明显裂纹的区域，得到的表面质量最佳。

关键词： SiC/SiC陶瓷基复合材料   SiC过渡层   玻璃陶瓷复合涂层   结合性能  

摘要： SiC/SiC陶瓷基复合材料以其耐高温、低密度、高强度等优点有望被用于可重复使用空天飞行器的热防护系统。鉴于空天飞行器面临的复杂恶劣使用环境，为满足可重复使用的要求亟需在SiC/SiC陶瓷基复合材料表面制备高温抗氧化封严涂层，因SiC/SiC陶瓷基复合材料粗糙且各向异性的表面易诱导涂层开裂失效，封严涂层设计和涂层结合性能优化有待进一步研究。本工作通过化学气相沉积法在SiC/SiC陶瓷基复合材料表面设计制备了SiC过渡层，解决了MoSi2掺杂的SiO2-Al2O3-BaO-B2O3玻璃陶瓷复合涂层(MoSi2-SABB)的开裂剥落问题，使涂层展现出良好的抗热震性能。有限元分析表明SiC过渡层能够有效降低MoSi2-SABB涂层与基材界面的残余应力，缓解残余应力的各向异性，显著提升了涂层的结合性能。结合第一性原理计算探究了不同晶型极性SiC过渡层与MoSi2-SABB涂层的结合机制，结果表明SiC过渡层的晶型与极性是影响涂层结合性能的关键因素，为SiC/SiC陶瓷基复合材料表面封严涂层的设计与涂层结合性能的优化提供了重要依据。

关键词： 氮化物纤维   陶瓷基复合材料   高温透波  

摘要： 新一代飞行器天线罩(窗)要求具有优异的热、力、电综合性能。氮化物纤维增强氮化物陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度及优异介电性能,是理想的高温透波承载一体化材料。在论述现有连续纤维增强陶瓷基高温透波复合材料体系的性能特点、适用环境及制备工艺的基础上,同时提出了当前阶段基于PIP工艺制备氮化硅纤维陶瓷基复合材料的难点及关键问题。

关键词： 陶瓷基复合材料   电学特性   分层破坏   无损监测  

摘要： 二维连续纤维增强陶瓷基复合材料是航空航天领域重要的应用材料,然而层间断裂严重约束了该类材料的使用。为监测和评估材料层间Ⅰ型断裂韧性,开展了层间Ⅰ型断裂的直流电势降试验,获取了层间Ⅰ型裂纹起始及扩展时的加载数据及相应测点的电势降数据,并通过建立力-电模型定量分析了相关特征变化发生的原因。试验结果表明:在裂纹起始阶段,即加载曲线线性转非线性的拐点位置,预制裂纹尖端位置电势降发生了平滑-抬升的变化;裂纹的进一步扩展引起纤维的脱附及断裂,在电势降变化曲线上表现为抬升曲率的增加;当裂纹扩展受到阻力时,如Z-pin拔出及次生裂纹产生,将明显减缓电势降曲线的抬升。最后,结合试验数据证明了所提出力-电模型的合理性。研究结果对于应用材料电学特性监测和评估层间Ⅰ型断裂韧性具有一定的指导和参考价值。

关键词： 陶瓷基复合材料   纤维预制体   失效机制   刚度不匹配   空气舵  

摘要： 为了揭示三向正交C/SiC复合材料(3D–C/SiC)和碳布缝合复合材料(2D–C/SiC)两种舵片与金属螺钉组合结构的不同破坏机制,从已失效舵片的低应力区取样,开展两种复合材料的层间剪切试验和弯–扭组合加载试验,研究纤维预制体构型对C/SiC复合材料层间剪切性能和弯扭耦合力学性能的影响规律。结果表明,与3D–C/SiC相比,2D–C/SiC的综合强度性能较低,而刚度性能较高。将材料试验结果与其舵片结构的测试结果进行对比,分析了三向2D–C/SiC舵片结构强度较低的原因。研究表明,舵片结构在危险截面上的外加载荷由舵轴和螺钉共同承担,根据组合结构中载荷按照刚度比例进行分配的基本原理,密度和刚度较低的3D–C/SiC舵轴所承担的载荷必然较低,螺钉因承担相对更高的载荷而提前发生屈服破坏,从而降低了舵片结构的承载强度。