标准号: GB/T 44541-2024

摘要： 本文件界定了描述陶瓷基复合材料的相关文件中所涉及的物理、力和热的符号及测定陶瓷基复合材料特性所涉及的符号,旨在避免报告测定结果和产品特性时的混淆。 在可能的情况下,定义与ISO 80000的相关部分一致。此外,本文件还定义了用于测量这些特性的符号。

关键词： 陶瓷基复合材料   S弯喷管   筋条加强结构   变形抑制   多尺度优化  

摘要： S弯喷管作为大尺寸薄壁结构,在多场耦合作用下有着复杂的整体和局部刚度特性.本文针对S弯喷管变形特征,提出一种基于陶瓷基复合材料(CMC)的S弯喷管连续筋条加强结构,可以有效抑制S弯喷管的整体变形和局部变形.与GH4169合金相比,CMC材料可以降低S弯喷管45.31%的变形量,同时减重62.77%,在此基础上,采用连续筋条加强结构可以进一步降低CMC S弯喷管43.15%的变形量.基于代理模型和差分进化算法,以CMC材料筋条加强S弯喷管的结构质量为目标,以CMC材料细观编织结构中的经/纬纱比例以及喷管宏观结构中的分区域壁厚和加强筋尺寸为优化变量,开展了材料-结构多尺度优化,在相同的刚度指标要求下进一步优化减重26.21%.

关键词： 陶瓷基复合材料   磨削   力学行为   材料去除机制   磨削力模型   超声振动  

摘要： 纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(FRCMC)因其高比强度和比模量、以及优异的耐高温、耐腐蚀等性能已成为航空航天、轨道交通以及核能工业等领域的优选材料。尽管FRCMC是由成型技术制备,但一些加工工艺,例如磨削对于提升尺寸精度和表面完整性是必要的,在FRCMC结构件的高性能制造中不可或缺。然而,高硬度和脆性的材料属性及其结构上的不均质性和力学性能上的各向异性等特点是高效低损伤磨削加工的技术难点。磨削力作为反馈和控制生产过程质量和精度的关键信号,受磨削过程砂轮与工件几何学与运动学等多参数协同作用的影响,解析磨粒与工件的微观力学行为并建立磨削力预测模型,对深度理解材料去除机制、指导高性能制造至关重要。基于此,首先分析了磨削过程中材料特性及磨削参数对磨粒与FRCMC相互作用的影响规律,揭示了FRCMC磨削过程的材料去除机制。其次,系统回顾了FRCMC磨削力预测模型的研究现状,从单颗磨粒磨削力、磨粒几何学、纤维随机分布几何特性以及材料去除阶段判定准则分析推导了磨削力的建模过程。进一步的,从磨屑的成形机制、未变形切屑厚度、磨粒运动学等角度,分析了超声振动辅助磨削FRCMC的材料去除机制及磨削力力学行为的特殊性。最后,针对FRCMC材料去除机制和磨削力模型,分析了当前研究的潜在问题与研究热点。目标是为FRCMC制定可行的低损伤磨削准则,并建立溯源递进的理论框架以推动FRCMC磨削力模型的发展。

关键词： 陶瓷基复合材料   纺织   损伤断裂   无损检测   原位试验  

摘要： 利用4D X射线CT原位拉伸试验和深度学习技术,表征拉伸作用下准各向同性铺层缎纹C/SiC的损伤失效过程,揭示(0°/90°)铺层拉伸和(±45°)铺层剪切耦合作用的材料损伤演化机制。基于深度学习图像分割方法对载荷作用下基体裂纹、分层等损伤进行智能识别,提取损伤特征开展定量分析,结合断口形貌探究损伤与失效机制。研究发现:基体裂纹中±45°斜裂纹占主要部分,演化过程为初期裂纹不断扩展;横向裂纹虽然少于斜裂纹,但其长度和裂纹张开位移发展快;基体裂纹沿层间界面偏转诱发分层。(0°/90°)缎纹铺层组织点区90°纤维束出现横向开裂,浮长区伴随纤维束弯曲;组织点区0°纤维束发生断裂,浮长区伴随纤维束纵向劈裂。(±45°)缎纹铺层发生-45°(或+45°)纤维束斜向劈裂和相对错动,同层+45°(或-45°)纤维束则发生纤维束断裂,伴随纤维桥连弯曲。

关键词： Al_(2)O_(3)f   /Al_(2)O_(3)   CMCs   组成体系   抗氧化   制备方法   发展趋势  

摘要： 目前,航空发动机等高温部件对热结构材料性能要求日渐严苛。Al_(2)O_(3)f/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料(Al_(2)O_(3)f/Al_(2)O_(3)CMCs)因具有优异的力学性能和抗氧化性,成为了热结构材料体系的研究热点。本文综述了Al_(2)O_(3)f/Al_(2)O_(3)CMCs的组成体系、主要性能和制备方法,并分析了该材料在相关领域的应用以及未来的发展趋势。

关键词： 碳纤维增韧陶瓷基复合材料   氧化机制   损伤失效   实验   氧化模型  

摘要： 碳纤维增韧陶瓷基复合材料兼具陶瓷材料优良的抗氧化腐蚀性能和碳纤维材料增强增韧的力学性能,已成为最有潜力的高超声速飞行器热防护候选材料。碳纤维增韧陶瓷基复合材料在多物理场耦合服役环境下的高温氧化损伤失效机制对热防护材料设计及性能表征与评价至关重要,也一直是国内外学者研究的热点。本文从高温氧化机制、耦合失效实验、高温氧化模型3个方面对C/SiC和C/ZrB_2-SiC复合材料进行详细论述和总结,对相应的研究方法的局限性和适用范围进行分析和评价,并展望了碳纤维增韧陶瓷基复合材料氧化损伤研究的发展趋势,进而为碳纤维增韧陶瓷基复合材料在热力氧耦合条件下的热/力响应及性能评价研究起到指导作用。

关键词： 飞行器   陶瓷基复合材料   热防护结构   轻量化结构  

摘要： 高马赫数飞行带来的极端服役环境对新一代高速飞行器的材料、结构设计提出了更加严苛的要求,本文从"选、用、评"三方面对陶瓷基复合材料在飞行器结构设计中的应用进行综述,进而提出未来发展方向,为飞行器陶瓷基复合材料结构设计提供参考.全面综述了陶瓷基复合材料在不同应用场景下的选取准则及相应制备方法,系统介绍了陶瓷基复合材料在飞行器结构中的典型应用,分析了近服役工况下材料的评价准则及地面实验方法.为满足未来飞行器需求,提出需要结合计算机辅助优化技术和创新制备方法,提高陶瓷基复合材料的耐温和抗疲劳性能;发展高可靠、长寿命的连接技术和一体成型设计方案,充分发挥材料优势;开发多物理场耦合作用下的原位表征技术,以获得陶瓷基复合材料在实际使用中的性能演化行为,为飞行器轻量化结构设计提供可靠依据.

关键词： 陶瓷基复合材料   火焰筒   热疲劳性能试验   航空发动机  

摘要： 为了更准确评估陶瓷基复合材料全环火焰筒的热疲劳性能,考核陶瓷基构件与金属件之间的连接件设计能否满足使用要求,开展了燃油流量循环控制时序的火焰筒热疲劳试验。根据试验特点和要求,制定了试验所需的燃油流量控制方案、试验过程风险控制方法、数据录取方式及处理方法等。在陶瓷基复合材料全环火焰筒上开展了2个燃油流量循环控制时序、200次循环的热疲劳试验。结果表明:燃油流量控制方案、试验过程风险控制方法、数据录取方式及处理方法等能够满足火焰筒热疲劳试验的要求;在试验工况下,火焰筒壁温最高为1010℃;经过400 min的热疲劳试验,火焰筒及连接件未损坏,证明陶瓷基复合材料全环火焰筒在试验工况下的可靠性高。

关键词： 复合材料   界面   损伤机理   微观结构  

摘要： 通过SEM对两种复材进行了微观形貌表征,对比分析两种复合材料微观结构的异同;结合拉伸试验应力-应变曲线与失效试样的断口形貌,分析了CFRP复合材料及2DC/SiC复合材料拉伸过程中的损伤行为和断裂机制。研究表明:2DC/SiC材料具有PyC界面层,内部存在三种尺度的缺陷且随机分布。而树脂基复合材料没有明确边界,材料内部纤维排列紧密,无明显缺陷。两种材料拉伸变形过程分为三个损伤阶段,2DC/SiC材料损伤模式有三类,即基体开裂、界面脱粘、纤维断裂;树脂基复合材料损伤模式分为五种,即基体开裂、纤维基体界面脱粘、分层、纤维束抽拔、纤维断裂。

关键词： 陶瓷基复合材料   Mo_(2)BC   高强韧   摩擦磨损  

摘要： 采用快速热压反应烧结法制备高强韧Mo_(2)BC/Cu陶瓷基复合材料。研究铜含量对Mo_(2)BC/Cu复合材料的微观组织、力学性能和摩擦学性能的影响,并对其增韧机制和磨损机理进行分析。研究结果表明:Cu均匀地分散在Mo_(2)BC基体中,具有细化晶粒的作用。Mo_(2)BC/Cu复合材料中铜可以添加的最大质量分数为7.5%。随着铜含量的增加,Mo_(2)BC/Cu复合材料的弯曲强度和断裂韧性增加。当Cu质量分数为7.5%时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性最高,分别为625.1 MPa和7.4 MPa·m^(1/2),与Mo_(2)BC陶瓷相比,分别提高了24%和62%,其主要的增韧机制为铜的塑性变形、晶粒拔出、桥接效应和裂纹的偏转。此外,铜的添加还可以明显提高Mo_(2)BC/Cu复合材料的摩擦磨损性能。当Cu质量分数为2.5%时,复合材料的摩擦因数可低至0.36,磨损量最小,耐磨性最优,其主要的磨损机制为轻微的二体磨粒磨损和氧化磨损。