关键词： 碳化硅陶瓷基复合材料   高超音速飞行器   航空发动机   改性  

摘要： 随着航空航天器性能的提高,其热端部件如航空发动机、高超音速飞行器的头锥及翼前缘等服役环境愈加苛刻。为了满足更苛刻的服役环境,需要对碳化硅陶瓷基复合材料(SiC matrix ceramic composites,CMC-Si C)进行基体或涂层改性以发展更长寿命、更耐高温和结构功能一体化的陶瓷基复合材料。介绍了航空航天器热端部件用CMC-SiC复合材料基体和涂层改性的研究进展、成果、现状及存在的问题,指出了今后需要着重解决改性CMC-SiC复合材料的工程化应用问题、发展具有更高使用温度的改性材料体系以及发展在发动机环境中应用的环境屏障涂层体系。

关键词： 氧化镁   Al2O3/SiO2   陶瓷基复合材料   烧结行为  

摘要： 为了探究纳米-Al_2O_3/SiO_2加入量对MgO-Al_2O_3-SiO_2复相陶瓷烧结行为的作用机理。以微米级MgO、纳米级Al_2O_3和SiO_2为主要原料制备陶瓷基复合材料。通过XRD和SEM等检测手段对烧后试样的物相组成和微观结构进行测试与表征,重点研究Al_2O_3/SiO_2的加入对复相陶瓷物相组成、微观结构及烧结性能的影响。结果表明:随着Al_2O_3/SiO_2加入量的增大,试样烧后相对密度和烧后线变化率呈先增大后减小再增大的趋势,加入15%Al_2O_3/SiO_2(质量分数)的试样经1 500℃烧结后,其相对密度可以达到94%。引入的Al_2O_3/SiO_2与基体中的MgO生成镁铝尖晶石与镁橄榄石相,原位反应伴随的体积膨胀,抵消部分烧结过程中的体积收缩。Al_2O_3/SiO_2加入量为75%(质量分数)的试样经1 400℃烧结后,基体中有大量堇青石相生成,随着煅烧温度提高到1 500℃,堇青石分解所产生的高温液相促进了试样的烧结收缩。

关键词： 陶瓷基复合材料   碳化硅粉体   聚碳硅烷   浆料注射   热压烧结   断裂功  

摘要： 采用新型浆料注射/真空浸渍工艺实现了超高温陶瓷组分与碳纤维的有效复合,并结合低温(1 450℃)热压烧结实现了Cf/ZrB2-SiC复合材料的制备。研究了不同SiC源(SiC粉体和聚碳硅烷PCS)对复合材料微结构和力学性能的影响,结果表明:基于聚碳硅烷优异的流动性实现了陶瓷组分在纤维束内和束间的有效填充,并经低温热压烧结后Cf/ZrB2-PCS复合材料的相对密度为91.3%,主要归结于聚碳硅烷裂解后残留的微量无定性碳起到了表面除氧的作用而促进致密化,但该无定性碳弱化了晶界强度而导致力学性能降低。同时Cf/ZrB2-PCS复合材料表现出非脆性断裂模式且断裂功高达539 J/m^2,较Cf/ZrB2-SiCp复合材料提升高达84.6%;该复合材料断裂功的提升主要归结于裂纹偏转、裂纹分叉和纤维桥联等多种增韧机制的协同效应,大幅度改善了ZrB2基超高温陶瓷材料的损伤容限和可靠性。

关键词： 氧化物   陶瓷基复合材料   界面层   多孔基体   制备工艺  

摘要： 氧化物/氧化物陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、抗氧化等特点,是应用于高温有氧环境的理想候选材料,在航空航天热端部件如发动机燃烧室、尾喷管等部位有着巨大的应用潜力。本文从氧化物纤维、陶瓷基体、复合材料设计以及制备工艺等方面综述了氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的研究进展。重点阐述了氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的设计方法,包括界面层的选择以及多孔基体的设计,详细介绍了复合材料的制备工艺,特别是预浸料工艺。最后对国外考核情况进行了简述,指出了其在航空发动机高温热端部件上的应用前景。

关键词： 3D打印   熔融沉积成型   螺杆   陶瓷粗坯  

摘要： 基于螺杆式FDM快速成型设备,可以打印结构复杂、致密度高的氧化铝陶瓷粗坯,其工艺参数的选择对零件的成型精度有重要的影响。本文以PLA-PP-PW-SA为黏结剂的氧化铝陶瓷基复合材料为实验材料,探究了在喷嘴直径一定的情况下,质量流量与螺杆塑化温度和成型温度、容腔压力、螺杆转速的变化规律,并探究了 不同层高下的打印效果。结果表明:在喷头直径为0.4 mm,螺杆塑化温度为160℃,成型温度为175℃,螺杆转速为0.3~0.8 r/min,容腔内压力在0.2~1.0 MPa,层高为0.2 mm的工艺参数下能够打印出较为理想的陶瓷粗坯。

关键词： 超声振动   钎焊金刚石套料钻   陶瓷基复材   干式钻削   磨粒磨损  

摘要： 针对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在干式钻削中的工具磨损快、加工效率低等问题,提出了一种基于有序排布钎焊金刚石套料钻的超声振动辅助干式钻削加工工艺。采用不同排布参数下的钎焊金刚石套料钻对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料进行超声振动辅助钻孔加工,通过对加工孔径的测量,研究钎焊金刚石套料钻磨粒排布参数对钻孔工具寿命和制孔精度的影响规律,分析工具不同位置处磨粒的磨损特征。结果表明:工具端面磨粒越多,工具使用寿命越长;工具侧边磨粒排布越长,列数越多,加工孔的孔径变化越小;距离工具端面越近处的磨粒磨损越大,主要以宏观破碎和磨耗平台为主,而距离工具端面较远处的磨粒磨损较小。

关键词： 陶瓷基复合材料   循环载荷   应变分布   数字图像相关方法  

摘要： 采用数字图像相关方法 (Digital Image Correlation,DIC)获得单向C/SiC复合材料在加载过程中的应变分布,并研究应变分布的特点以及循环载荷对应变分布均匀性的影响以更好地理解CMCs的力学特性。结果表明,单向C/SiC复合材料在加载初期,由于材料内部存在初始缺陷,应变呈现点状分布,对应应力-应变曲线中最初的线性阶段;在加载中期,应力-应变曲线进入非线性,此时基体裂纹开始增加,应变分布散乱;加载后期,应变呈现带状分布,且应变带位置与裂纹位置相对应,近似于等间距分布,此时应力-应变曲线恢复线性变化。循环加载会对材料受单向拉伸时的拉伸应变分布产生较大影响,使其分布散乱;但随着单向拉伸应变增大,试件上的拉伸应变分布趋于均匀。

关键词： 陶瓷基复合材料   材料级测试   物理性能   力学性能   使用性能  

摘要： 国外在航空发动机用SiC_f/SiC复合材料的研发和应用方面进展迅速,这得益于其开展了大量的材料级性能测试并借此建立的材料性能数据库。本文梳理了SNECMA,NASA,GE公司典型SiC_f/SiC复合材料牌号的基本物理性能和力学性能,探讨了制备工艺等因素对材料性能的影响,着重分析并讨论了复合材料的拉伸性能;同时综述了国外在该类材料使用性能方面开展的测试,主要包括高温抗氧化性、高温水/氧环境性能、疲劳及蠕变性能、抗热冲击性能以及抗外来物冲击测试等,并对材料在热、力、水、氧等不同环境因素下的损伤行为和失效机制进行了阐述。在此基础上,提出了我国在SiC_f/SiC复合材料后续性能测试研究方面的建议。

关键词： 发动机测试   打印部件   新材料   3D   技术验证机   陶瓷基复合材料   增材制造   发动机设计  

摘要： 近日，罗罗公司通过3D打印部件和新材料技术验证机对将于2025年推出的Ultra Fan发动机设计的相关技术和新核心机进行测试。Advance3集成约两万个零部件，已测试超过100／b时。初期测试结果显示，采用增材制造（ALM，通常称为3D打印）技术和陶瓷基复合材料（CMC）制造的部件性能表现卓越。

关键词： 无机非金属材料   高性能陶瓷   郑州   专题   功能陶瓷材料   中国硅酸盐学会   陶瓷基复合材料   多孔陶瓷材料  

摘要： 2018年8月25日上午，“第十届无机非金属材料专题高性能陶瓷研讨会”于郑州航空工业管理学院图书馆第一报告厅隆重开幕。本次研讨会由中国硅酸盐学会主办、郑州航空工业管理学院承办，主题为“高性能陶瓷”，主要围绕功能陶瓷材料、功能氧化物薄膜、先进结构陶瓷与陶瓷基复合材料、多孔陶瓷材料等的合成、制备及表征等展开广泛而深入的研讨。