关键词： 抗氧化烧蚀涂层   涂层结构   浆料烧结法   等离子喷涂   烧蚀试验  

摘要： 为提高多孔碳纤维增强陶瓷基复合材料的耐烧蚀性设计了含玻璃的双层结构陶瓷涂层,内层为浆料烧结法制备的Zr B_2-Si C-玻璃涂层,外层为大气等离子喷涂技术制备的Zr B_2-Mo Si_2-玻璃涂层。利用XRD和SEM对涂层的相结构和微观形貌进行分析,采用氧-乙炔火焰对涂层进行烧蚀试验。结果表明,内涂层玻璃相含量为30%时封孔效果较好,在1300℃下烧结2 h可得到致密的内涂层。采用优化后的等离子喷涂工艺可以制备与内涂层结合性良好的外涂层。涂层表面温度在1500℃以下时具有良好的抗烧蚀性能。烧蚀氧化形成以Si O_2为填充相,Zr O_2、Zr Si O_4为支撑相的致密层,封填孔洞,有效保护了基体材料。

关键词： 陶瓷基复合材料   界面层   碳化硅纤维   增韧机制   氮化硼   热解碳  

摘要： 碳化硅陶瓷基复合材料的常用界面层为热解碳界面层与BN界面层,热解碳界面层的制备技术已经相对成熟,但由于在高于400℃时易发生氧化而限制了其在高温氧化性气氛下的长时间使用;BN界面层的制备技术近年得到了快速发展,并且新型原材料及新型制备工艺层出不穷;界面层评价技术方面,尽管其对复合材料性能优化具有重要意义,但是目前存在样品制备困难及数据分散度大的难题。针对界面层在碳化硅陶瓷基复合材料中的作用、常见的界面层类型、界面层的制备方法、界面层的评价方法及界面层的发展趋势进行了综合阐述。认为在开发新型前驱体、开发新型制备工艺、提高原材料利用率方面,界面层研究有着广阔的发展空间,进一步提高材料性能及多层界面层设计是其未来发展趋势。对国内该领域的发展有一定的参考价值。

关键词： ZrC-SiC   碳纤维   增韧   制备工艺  

摘要： 碳纤维增韧ZrC-SiC陶瓷基复合材料解决了ZrC单相陶瓷断裂韧性低、中低温阶段抗氧化性能差以及氧化气氛下碳纤维耐温不足等问题,是发展耐超高温、抗热震、耐烧蚀以及抗氧化的一种潜在候选材料。概述了碳纤维增韧陶瓷基复合材料的增韧机理,综述了制备工艺的最新研究成果,展望了碳纤维增韧ZrC-SiC陶瓷基复合材料的发展趋势。

关键词： 固体力学   复合材料   有限元方法   单胞模型   损伤与破坏  

摘要： 提出了一种预测平纹陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMCs)在单轴拉伸作用下拉伸力学行为的分析方法。为得到满足周期性边界条件的代表性体积单元(单胞),采用HyperMesh软件建立了符合平移对称的单胞几何模型;根据周期性边界条件的基本原理与公式,开发了Python脚本施加单胞的周期性边界条件;纤维束的材料性能考虑了拉伸渐进损伤引起的非线性,并采用有限元分析软件Abaqus用户子程序来定义;建立单胞模型预测了平纹CMC单轴拉伸作用下的应力-应变响应,与试验值吻合良好,验证了模型的准确性。

关键词： 飞秒激光   陶瓷基复合材料(CMC-SiC)   工艺参数   表面质量  

摘要： 陶瓷基复合材料(CMC-SiC)是一种高强度的耐热材料,在航空、航天领域具有广阔的应用前景。将飞秒激光引入陶瓷基复合材料加工领域,在合适的工艺参数下能加工出再铸层和微裂纹极少的高质量微孔。首先论述了传统机械加工、长脉冲激光加工及水导激光加工等工艺方法对CMC-SiC复合材料制孔的工艺现状。随后以飞秒激光机床为载体,提出了一种高功率制孔、低功率制孔、低功率精修孔的三步加工法,并分析了该工艺方法的加工机理。形成了在4mm厚陶瓷基复合材料(CMC-SiC)板材上实现?1.7mm通孔的工艺方法,使用超景深显微镜及扫描电子显微镜等对通孔形貌进行观察,得到了无再铸层及微裂纹的缺陷的高质量表面,证实了飞秒激光在CMC-SiC复合材料上制孔的可行性。

关键词： 成像系统   陶瓷基复合材料   太赫兹透射时域光谱成像技术   无损检测   尺度不变特征变换  

摘要： 提出了一种时频域多模式新光谱成像方法,对内含缺陷的4种陶瓷基复合材料(CMC)样本实现了无损检测,形成了检测样本的太赫兹图像库,并引入5个图像质量的客观综合评价指标,通过指标融合处理选出了质量较佳的太赫兹图像。基于尺度不变特征变换与K均值聚类实现了该图像的检索。实验结果证实,该方法可有效地对CMC不同位置处的不同宽度缺陷进行成像检测。

关键词： 剪力滞理论   单壁碳纳米管   陶瓷基复合材料   轴向应力分布  

摘要： 结合剪力滞理论和弹性力学,推导了单壁碳纳米管增强陶瓷基复合材料中碳纳米管及陶瓷基体沿碳纳米管方向的轴向应力分布表达式,同时利用ANSYS构建三维特征体积单元进行有限元运算,将两种计算结果进行比较,验证了有限元分析的可靠性;利用有限元法分析空心碳纳米管的长径比、体积分数和各向异性等因素对基体和碳纳米管轴向应力分布的影响。研究结果表明,碳纳米管的长径比越大,承受轴向应力的能力越强,但随着长径比的增大,轴向承载力的增大趋势逐渐减弱;碳纳米管的各向异性明显削弱碳纳米管在复合材料中的增强效果;碳纳米管增强复合材料设计时,应充分考虑碳纳米管的几何性质和材料特性的影响。

关键词： 陶瓷基复合材料   二维编织   单胞模型   细观力学有限元法   模态试验  

摘要： 为了研究二维编织SiC/SiC陶瓷基复合材料振动特性,建立了宏观等效弹性常数预测方法,并在此基础上开展了复合材料平板件的模态分析及试验验证。首先,根据二维编织SiC/SiC陶瓷基复合材料结构特点,建立了基于3次B样条曲线和正弦曲线的单胞模型;然后,利用细观力学有限元法预测了复合材料的宏观等效弹性常数,弹性模量预测结果与文献试验数据的相对误差小于3%;最后,开展了二维编织SiC/SiC陶瓷基复合材料平板件的锤击法模态测试试验,有限元预测的前五阶模态频率与测试结果相比,相对误差均小于4%。

关键词： 二硼化锆   超高温陶瓷   陶瓷基复合材料   共熔  

摘要： 首次采用共熔法制备超高温陶瓷基复合材料,三个样品初始组分分别为ZrB_2与鳞片石墨,ZrB_2、TaB_2、SiC及鳞片石墨,ZrB_2、MoSi_2与鳞片石墨。研究结果表明,共熔法制备的复合材料中各相分散均匀,产物中的石墨高度有序,石墨层间距分别为0.335 4、0.335 9与0.337 7 nm,且三者的微晶厚度分别为63.4、51.5及68.7 nm,拉曼光谱结果表明硼已经掺杂进入了石墨的网格结构。所制得的超高温陶瓷基复合材料样品中均存在一定的孔隙率,且制备的超高温陶瓷基复合材料的热导率较低。该方法为一种新型、快速、一步法制备超高温陶瓷基复合材料工艺。

关键词： 横向载荷   单向纳米纤维   陶瓷基复合材料   内聚力   界面损伤   CZM接触单元  

摘要： 以规则排列的单向纳米纤维增强陶瓷基复合材料特征体积单元为研究对象,利用ANSYS建立含界面损伤内聚力模型.运用非线性损伤力学理论分析横载作用下复合材料的界面损伤演化规律和应力-位移分布特点,分别讨论最大法向接触拉伸应力和裂纹最大张开位移对界面损伤过程的影响.结果表明:ANSYS软件中的CZM接触单元能够很好地模拟界面损伤演化,横载作用下界面对应力分布状态的影响不容忽视,且界面损伤主要由接触面的法向拉伸应力和裂纹最大张开位移控制.