关键词： 增材制造   墨水直写成型   陶瓷基复合材料   纤维强韧   航空航天  

摘要： 先进陶瓷及其复合材料凭借优异的性能已被广泛应用于航空航天领域,目前采用三维打印技术实现这类材料的快速低成本制备成为核心问题。与传统工艺相比,现有三维打印陶瓷材料普遍面临着脆性特征明显及损伤容限能低的问题,因此纤维复合陶瓷材料的三维打印技术成为研究热点。综述了近年来国内外基于墨水直写技术制备纤维强韧陶瓷基复合材料的技术路线及特点,围绕这类材料的组成成分、工艺路径与力学性能的关系,综合分析了不同陶瓷墨水的设计、纤维引入的方式、致密化工艺的选择、打印构件关键性能之间的有机联系,指出了当前的主要问题并对未来研究方向进行了展望。

关键词： 纤维   氧化物陶瓷基复合材料   材料鉴定   等同性评定   力学性能   物理性能  

摘要： 介绍了正在进行的纤维增强氧化物陶瓷基复合材料鉴定研究的背景、目标、实施方案以及阶段性研究成果。详细阐述了纤维增强氧化物陶瓷基复合材料鉴定与等同性评定的流程、主要内容、试验矩阵以及试验方法,对我国纤维增强陶瓷基复合材料研究具有一定的借鉴意义和启示作用。

关键词： 陶瓷基复合材料   反应熔渗工艺   孔隙结构   多物理场耦合   多孔碳预制体  

摘要： 陶瓷基复合材料结合了碳材料与陶瓷材料的性能优势,成为航空航天领域重要的热结构材料。反应熔体渗透法是制备陶瓷基复合材料的主要工艺,其过程是高温熔体通过毛细作用进入多孔碳预制体中,与碳基体发生化学反应生成陶瓷相并嵌入孔隙中,从而实现高效致密化。但由于熔渗过程伴随着高温高活性、短时剧烈的热物理化学相互作用,使得实验观察、工艺参数调控充满挑战。基于反应熔渗工艺特性,考虑不同孔道之间的窜通特性,区别单孔结构与双孔结构的预制体微结构特征,构建更接近真实预制体孔隙结构的反应熔渗多物理场模型,模型预测温度值与实验值的误差在3%以内,同时在反应前期的熔渗深度预测值与实验值的误差在3%以内,整体预测精度远优于Washburn方程及其修正形式;讨论了孔隙结构模式对反应熔渗过程温度分布、反应速率分布的影响,发现双孔结构模式更有利于反应性熔体的渗入。提供了一种多孔碳介质内反应性熔体渗透过程的多物理场耦合方法,为陶瓷基复合材料反应熔渗工艺优化提供了理论依据。

关键词： 航空发动机   陶瓷基复合材料   二维编织SiC/SiC复合材料   疲劳性能   断口形貌  

摘要： 为了研究环境温度对陶瓷基复合材料疲劳性能的影响,在室温和800℃、1000℃、1200℃氩气环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉-拉疲劳实验。获取了四种温度条件下二维编织SiC/SiC复合材料的S-N曲线。基于实验结果分析了室温环境与高温环境下材料疲劳特性的差异以及材料疲劳极限随实验温度的变化规律。在光学显微镜下对不同温度条件下的试件断口进行了观察。结果表明:800℃以上高温氩气环境下二维编织SiC/SiC复合材料的疲劳极限应力要大幅低于室温环境,并且800℃、1000℃、1200℃三种温度下材料的疲劳极限应力呈现出随温度升高而阶梯下降的规律。室温环境下材料失效前的最大应变在0.41%左右,800℃~1200℃范围内材料失效前的最大应变在0.2%左右。高温条件下疲劳断裂试件断口纤维拔出现象较室温试件明显,并且纤维拔出程度会随着温度的升高而加剧。实验结果证明在惰性气体环境下温度仍对二维编织SiC/SiC复合材料的疲劳性能起着决定性的作用。最大应变数据可用于判断材料的疲劳损伤程度。高温条件下二维编织SiC/SiC复合材料内部界面性能会出现衰退导致材料的疲劳性能下降。

关键词： C/SiC螺栓连接   失效模式   细观力学   陶瓷基复合材料   渐进损伤分析  

摘要： 陶瓷基复合材料(CMC)在航空航天领域应用广泛，其必要的机械连接结构最为薄弱。在常用的螺纹连接中，CMC螺栓因承受预紧力带来的拉伸载荷，最易失效。提出一种预测针刺C/SiC螺栓失效模式的细观力学方法。建立由0°/90°单向纤维层、网胎层和针刺纤维束组成的螺栓的细观几何模型；建立这些组分的本构模型、失效准则和退化模型，并在此基础上进行渐进损伤分析(PDA)；预测螺栓的极限断裂载荷与损伤演变过程。失效单元的分布表明，C/SiC螺栓的宏观失效模式是螺牙断裂。在细观尺度上，单向层和针刺纤维束的剪切破坏引起了螺纹牙断裂。为验证建立的细观力学模型，对C/SiC螺栓进行拉伸试验，试验结果与预测结果一致。

关键词： 金刚石/碳化硅   液相渗硅工艺   力学性能   热学性能  

摘要： 为了提高金刚石材料的耐磨性和使用寿命,以Si_(3)N_(4)为基体材料,利用CVD生长的金刚石粉作为增强相制备了金刚石/碳化硅陶瓷基复合材料。对SiC/Ce-SiC/Si_(3)N_(4)陶瓷基复合材料的烧结过程进行研究,探讨烧结温度、保温时间等对其显微结构及力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,复合材料的致密度不断提高,当烧结温度为1000℃时,复合材料的致密度最高,达98.7%,烧结温度越高,SiC颗粒团聚现象越严重,且晶粒尺寸越小,在保温时间为20 min时,复合材料达到致密化状态,此时复合材料中含有较多的SiC颗粒。通过优化工艺参数可制备出具有优异性能的金刚石/碳化硅陶瓷基复合材料,满足航空航天领域的使用要求。

关键词： 陶瓷基复合材料   航空发动机   燃烧室   涡轮   排气系统   适航   符合性验证  

摘要： 陶瓷基复合材料(Ceramic-matrix composites,CMCs)继承了陶瓷材料耐高温、抗腐蚀等优点,克服了陶瓷材料的脆性,相较于高温合金密度更低、高温持久强度更优、可设计性更强,是新一代航空发动机热结构的理想材料。欧美等发达国家自20世纪80年代,经过上百万小时的测试、考核与验证,已经证明CMCs代替高温合金的革命性改变已经到来。本文系统分析了CMCs多种制备工艺及物理/力学性能,CMCs在航空发动机燃烧室、涡轮、排气系统热端部件的结构设计、部件考核以及工程应用等,建立了CMCs制备工艺、材料性能、部件设计与工程应用之间的关联关系。从适航角度出发,给出了CMCs部件的适航认证要求、适航性设计及符合性验证方法等,并针对法国SAFRAN公司的CMCs混合器和中心体、美国GE公司的CMCs涡轮外环等进行了案例分析。

关键词： 冷却结构   类椭圆斜孔   陶瓷基复合材料   火焰筒   孔阵排列  

摘要： 为了提高陶瓷基复合材料火焰筒壁面的冷却性能,在现有的圆形多斜孔冷却结构的基础上,设计了一种新型类椭圆形多斜孔冷却结构。同时,采用三维数值模拟的方法将两种多斜孔结构的冷却效果进行了对比。结果表明:新型类椭圆斜孔特征模拟件相较于圆孔特征模拟件,壁面高温区域明显变窄,高温热斑减少,温度分布更加均匀;在经纱方向,类椭圆斜孔特征模拟件高应力区域减少,应力集中现象减弱;在纬纱方向,类椭圆斜孔特征模拟件与圆孔特征模拟件均存在高应力区域。

关键词： 连续纤维增强陶瓷基复合材料   制备工艺   低成本   反应熔渗   纳米浆料浸渗瞬时共晶  

摘要： 连续纤维增强陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温等优异性能,已被广泛应用于航空航天、国防军工和新兴民用等领域,但连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺大多存在成本较高、周期过长等问题,限制其应用和推广,发展低成本制备工艺是推动连续纤维增强陶瓷基复合材料广泛应用的关键。本文简要介绍了连续纤维增强陶瓷基复合材料制备工艺现状,总结了反应熔渗、纳米浆料浸渗瞬时共晶、浆料浸渗结合热压等低成本工艺的研究现状,围绕制备工艺优化、复合材料微观结构和性能等方面进行综述,提出了低成本制备工艺的未来研究方向,如熔盐法制备超高温陶瓷界面和反应诱导相分离制备具有孔隙结构均匀的多孔基体,可显著提升连续纤维增强陶瓷基复合材料的综合性能。

关键词： SiC纤维   SiOC陶瓷   复合材料   介电常数   微波吸收  

摘要： 利用带原位BN涂层的吸波SiC纤维为增强体,以硅氧碳(SiOC)陶瓷为基体,采用先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备SiC-BN/SiOC陶瓷基复合材料。在7个PIP制备周期后复合材料实现致密化,密度为2.05 g/cm^(3),孔隙率为4.28%。采用矢量网络分析仪测试介电常数,结合传输线理论对复合材料在8.2~18 GHz下室温至800℃的吸波性能进行计算优化。结果表明:SiC-BN/SiOC复合材料的室温介电常数呈现出明显的频散效应,使其具有良好的宽频吸波特性。当复合材料厚度为2.1 mm时,在X波段和Ku波段反射损耗优于-10 dB的最大频宽为5.7 GHz。此外,复合材料的复介电常数实部和虚部随着环境温度的升高而增大。在宽频反射损耗优于-5 dB的水平下,材料的最优厚度由2.3 mm(200℃)降至1.1 mm(800℃)。