关键词： 激光光学   激光加工   碳化硅陶瓷基复合材料   作用机理   热致缺陷   超短脉冲激光  

摘要： 碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)具有密度低、强度高、耐高温、抗腐蚀等优点,在航空航天领域具有广泛的应用潜力。但是CMC-SiC属于具有超高硬度且各向异性的难加工材料,常规加工技术难以胜任这种新型材料的优质高效加工。激光加工凭借加工质量高、非接触加工、输入热量低、适用范围广、易于和数控技术结合实现自动化等优势,有望成为CMC-SiC材质构件精密制造的主流技术。本文从CMC-SiC与激光的相互作用机理出发,分析了激光加工CMC-SiC中出现的典型热致缺陷,阐述了超短脉冲激光在CMC-SiC精密加工中展现的优势。在此基础上,指出了CMC-SiC激光加工技术的发展趋势,旨在为新型航空航天CMC-SiC材质构件的精密制造提供理论依据与技术参考。

关键词： 增材制造   陶瓷基复合材料   选择性激光烧结   先驱体浸渍裂解  

摘要： 针对选择性激光烧结技术(SLS)成型陶瓷材料致密性低、力学性能差的问题,采用选择性激光烧结技术(SLS)与聚合物浸渍裂解技术(PIP)相结合的方法,以碳化硅、环氧树脂和聚碳硅烷为原料,制备SiC/SiC陶瓷基复合材料。研究选择性激光烧结工艺参数、试件尺寸精度、微观结构及弯曲性能。结果表明:通过SLS/PIP技术可有效降低碳化硅陶瓷试件的孔隙率,试件密度为2.45 g/cm^3,弯曲强度达到138.28 MPa。该方法可以实现传统方法无法解决的表面及内部复杂结构碳化硅陶瓷基复合材料的制备问题。

关键词： 燃烧空气量   耐热能力   火焰筒   陶瓷基复合材料   探索应用   分级燃烧   工程应用分析   发展的趋势  

摘要： 采用分级燃烧组织模式的高温升和低污染燃烧室是航空发动机燃烧部件发展的趋势,但随之带来了火焰筒头部燃烧空气量的增加和冷却空气量的大幅减少,为此,在工程设计中采用先进的冷却结构,或探索应用具有更高耐热能力的陶瓷基复合材料,提升火焰筒的耐温特性,才能满足低冷却空气量下的火焰筒热防护设计和使用寿命的基本要求。

关键词： 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料   研究进展  

摘要： 本研究介绍了复合材料的研究进展,对复合材的制备工艺进行了介绍,并且对国内外制备工艺研究现状进行了例述。

关键词： 陶瓷基复合材料   声发射技术   固有频率  

摘要： 对陶瓷基复合材料试样进行了单调拉伸试验固有频率和声发射试验分析。得到了在拉伸过程中试样的固有频率变化趋势,同时绘制拉伸过程中应力–时间曲线及声发射信号随时间变化曲线。计算得到了陶瓷基复合材料结构的声发射信号的频谱图,针对声发射频谱图,分析得到了结构在单调拉伸试验过程损伤过程存在五个阶段,并详细分析了结构每阶段损伤变化情况。

关键词： 陶瓷基复合材料   渐进损伤   失效载荷   损伤演化   失效模式  

摘要： 为了准确预测陶瓷基复合材料螺栓的强度及损伤演化过程,建立了陶瓷基复合材料螺栓有限元模型,并采用渐进损伤模型实现了陶瓷基复合材料螺栓的失效分析,形成通用有效的陶瓷基复合材料结构渐进损伤有限元仿真方法。计算结果表明:陶瓷基复合材料螺栓在载荷1129N时萌生损伤。加载到失效载荷(1459N)时,损伤沿着螺纹槽扩展至整个螺纹槽。最后,损伤从螺纹槽扩展至螺杆中心导致螺杆断裂失效。螺栓的破坏位置在螺纹接触最上面的螺纹槽处,螺栓断裂的主要原因是材料的Z向拉伸破坏。

关键词： 陶瓷基复合材料   带孔板   子模型法   渐进损伤分析   损伤演化   多尺度计算   航空发动机  

摘要： 为了研究2.5D编织陶瓷基复合材料带孔板的拉伸破坏行为,提出一种可以模拟带孔板细观破坏过程的多尺度计算方法。该方法根据2.5D编织陶瓷基复合材料的细观结构建立细观模型,通过子模型法将平板的宏观有限元模型和孔周围区域的细观有限元模型耦合在一起,然后采用渐进损伤计算方法完成带孔板破坏的多尺度模拟。计算结果表明,带孔板在拉伸载荷较低时出现初始损伤,随着载荷的加大经纱发生轴向拉伸破坏,纬纱发生横向的破坏。裂纹从孔边沿横向扩展至板的两端,最终整个板完全断裂失效。失效时的应变为0.375%,最大加载应力为221.7MPa。

关键词： 碳纤维   陶瓷基体   复合材料   制备方法  

摘要： 碳纤维增韧陶瓷基复合材料不仅具有耐高温、耐磨损、抗氧化和机械性能良好的优点,还具有抗热震、抗烧蚀、抗疲劳和抗蠕变等特性,在空天飞行器的热防护系统、航空发动机、火箭发动机、高性能制动以及先进核能等高温热结构部件上具有良好的应用前景。本文介绍了该复合材料在碳纤维、陶瓷基体、复合材料制备方法及应用等方面的研究进展,以便更好地了解目前该研究领域在国内外的研究热点。

关键词： C/SiC复合材料   连接结构   失效分析   模量突降方法   渐进损伤方法  

摘要： 目的分析陶瓷基复合材料的结构强度。方法围绕C/SiC陶瓷基复合材料连接结构失效分析问题,提出模量突降和渐进损伤两种分析方法,基于Abaqus软件平台编写UMAT有限元分析子程序,结合试验数据分析多种不同失效准则在陶瓷基复合材料结构强度分析中的适用性。结果基于改进三维Hashin失效准则,针对典型C/SiC复合材料连接结构进行了失效行为计算,获得结构的失效模式与试验结果规律一致,破坏载荷的预测误差在10%以内。结论通过与试验结果的对比分析,验证了两种方法的有效性,研究方法能够为高超声速飞行器、天地往返飞行器复合材料热结构的强度分析提供技术支撑。

关键词： 界面层   力学性能   模拟分析   纤维增韧陶瓷基复合材料  

摘要： 以短切碳纤维增韧陶瓷基复合材料、连续碳纤维增韧陶瓷基复合材料、碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料为对象,综述了近年来关于界面层对FTCMCs破坏模式影响的实验研究工作。从微观力学模型建立、多尺度损伤分析两方面总结归纳了考虑界面层的FTCMCs力学性能模拟分析方法,提出建立切合实际的物理模型以及开发更先进的多尺度分析方法,是解决复杂服役环境下FTCMCs性能表征难题的有效途径。通过多场耦合多尺度建模分析方法来表征和优化FTCMCs的复杂服役环境下性能,系统揭示界面层等微观结构与宏观复合材料性能的对应关系,进而指导工艺设计,均是未来纤维增韧陶瓷基复合材料界面层的重点研究方向。