关键词： 不同形状   有效弹性模量   有效热膨胀系数   均质化法  

摘要： 在ANSYS平台上建立不同形状随机颗粒增强陶瓷基复合材料的有限元模型,以二维和三维模型为例,利用不同的方法对复合材料的有效弹性模量和有效热膨胀系数进行预测,并比较各方法的异同。结果表明:有效弹性模量随颗粒体积比的增加而增加,有效热膨胀系数随颗粒体积比的增加而减小;不同形状之间有效力学性能存在一定差别:均质化法能较准确地预测复合材料的有效力学性能。

关键词： 陶瓷基复合材料   有效弹性模量   有效热膨胀系数   颗粒堆积密度  

摘要： 在ANSYS平台上构建纳米颗粒增强陶瓷基复合材料的有限元模型,利用不同方法对颗粒增强陶瓷基复合材料的热力耦合性能展开研究,从颗粒的堆积密度、体积比、半径和颗粒弹性模量的变化,分析和比较复合材料有效弹性模量和有效热膨胀系数的变化规律。结果表明:复合材料的有效弹性模量随着颗粒堆积密度、颗粒体积比和颗粒弹性模量的增大而增大,有效热膨胀系数也随着颗粒堆积密度的增大而增大,但随着颗粒体积比和颗粒弹性模量的增大而减小;颗粒半径增大时,有效弹性模量和有效热膨胀系数均减小;均质化法与经典理论的结果有较好的一致性。

关键词： 纤维增韧   高温   陶瓷基复合材料   制备工艺  

摘要： 纤维增韧陶瓷基复合材料除了具有耐高温、高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数等一系列优良性能外,还具有基体致密度高、耐热震、抗烧蚀、耐辐照及低放射活性、抗疲劳和抗蠕变等特性,展现了优越的高温热力学和微观组织稳定性,是一种集结构承载和耐苛刻环境的轻质新型复合材料。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拥有巨大的应用潜力。该类材料的使用可以提高结构的热学性能、力学性能和耐高温性能,减少系统自重和提高系统安全可靠性。针对近年来纤维增韧高温陶瓷基复合材料的研发设计、制备及服役环境对材料性能的影响进行了综述,并对该类材料未来的应用前景进行了展望。

关键词： 陶瓷基体   纤维   复合材料   残余热应力   比例极限应力  

摘要： 从细观力学角度分析并建立了纤维增韧陶瓷基复合材料从制备温度冷却到室温过程中产生的残余热应力与复合材料的比例极限应力的关系模型。该模型表明,减少复合材料的残余热应力或提高复合材料的纤维与基体的模量比,均可提高复合材料的比例极限应力。通过单调拉伸实验测试了先驱体浸渍裂解法(PIP)制备的2D SiC/SiC复合材料的比例极限应力,并采用文中建立的比例极限应力与残余热应力关系模型,计算出复合材料SiC基体的残余热应力为-19.5 MPa。分析表明,该结果是合理的。此外,引用了公开文献报道的5种复合材料体系数据,用于验证文中所建立的比例极限应力与残余热应力关系模型的适应性和可靠性,计算结果与实验结果最大误差为18.6%,表明该模型具有较好的适应性和可靠性,可为纤维增韧陶瓷基复合材料的研究提供新思路。

关键词： 涡轮叶片   各向异性   陶瓷基复合材料   概率性热分析   蒙特卡洛模拟  

摘要： 考虑陶瓷基复合材料等纤维增韧复合材料导热系数的各向异性及分散性,建立了基于概率统计的陶瓷基复合材料涡轮叶片热分析方法。研究中以Mark-Ⅱ涡轮叶片冷却结构为例,综合利用有限元方法和蒙特卡洛方法,分析了应用陶瓷基复合材料后的温度场均值和波动特性。计算中将导热系数作为随机输入参数,分析了导热系数各向异性及其分散度对叶片前缘滞止点温度、尾缘温度以及高温区域(T>900K)面积的影响。计算中发现在本文的计算工况下,考虑导热系数存在正态波动情况时,叶片前缘滞止点、尾缘温度波动也满足正态分布。前缘滞止点温度在导热系数变异系数为0.1,导热系数比为2时其温度波动最大,相比1 273.1K的均温,有16%的概率超温9.13K。尾缘温度在导热系数变异系数为0.1,导热系数比为10时波动最大,有16%的概率超过均值1 152.9K达5.27K。计算结果表明:导热系数分散度所带来的波动,会导致叶片内部高温关注区域(T>900K)的面积增大,并且高温关注区域相对增加量ΔShot随导热系数变异系数α的增加而增加。计算结果表明,高温关注区域相对增加量最大发生在导热系数比为2,变异系数为0.1时,此时ΔShot=4.8%。

关键词： 陶瓷基复合材料   SHS离心熔铸法   成分净化   微纳米晶补强增韧  

摘要： 基于离心热爆反应、难熔液相分离与快速凝固原理,选取(WO_3+Al+C)体系辅助(B4C+Ti)反应体系,采用自蔓延离心熔铸工艺可以成功制备出TiB2微纳米晶补强TiC-(Ti,W)C陶瓷基复合材料。将(B4C+Ti)、(WO_3+Al+C)两种反应体系依次装填入坩埚中进行SHS离心熔铸实验,发现因W-Ti-C液相动力学粘度的降低、Al_2O_3液滴迁移路程减小,极大促进Al2O3液滴的Stokes上浮过程,故而显著减小残存于陶瓷基体上的氧化物夹杂含量与尺寸,进而TiB2微纳米片晶诱发的强烈自增韧机制与Al_2O_3微纳米晶产生的残余应力增韧效应,使得TiB2-(Ti,W)CTiC陶瓷的弯曲强度、断裂韧性与维氏硬度分别达到(952±25)MPa、(12.6±2.5)MPa·m^(1/2)与(28.6±1.2)GPa。

关键词： 陶瓷基复合材料   价值链   GE   CMC技术   航空发动机   垂直   运营成本  

摘要： GE航空在CMC技术上拥有技术推动和需求拉动的双重优势，并坚信CMC一定能够满足未来航空发动机在性能提升、减重、减排以及降低运营成本等方面的需求。因此GE航空在建立CMC零件价值链方面投入了大量的精力与金钱。

关键词： 陶瓷基复合材料   发动机性能   美国   高温材料   钴基高温合金   工业燃气轮机   陶瓷材料   结构可靠性  

摘要： 高温材料对提升发动机性能至关重要。目前发动机热端部件丰要采用的是使用温度约1100℃的镍、钴基高温合金，开发使用温度高于1100℃的新型高温材料是业界的努力方向。陶瓷材料具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能，但由于陶瓷材料脆性大，导致材料结构可靠性差，限制了其在航空发动机及工业燃气轮机等高温结构部件上的应用。

关键词： 普惠公司   工程院院士   航空发动机   陶瓷基复合材料   美国   人才   质量   总裁  

摘要： 据报道,普惠公司在静洁动力齿轮传动式涡扇发动机（GTF）上使用了先进的陶瓷基复合材料,请简单介绍一下GTF发动机,并谈一谈普惠公司在陶瓷基复合材料方面取得了哪些成绩？

关键词： 陶瓷基复合材料   化学气相渗透   前驱体浸渍/裂解   熔渗  

摘要： 介绍了连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/Si C)常见的3种制备工艺,即化学气相渗透(CVI)工艺、前驱体浸渍/裂解(PIP)工艺及熔渗(MI)工艺的不同特点,探讨了国外不同工艺制备的复合材料的基本性能,并简述了SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用情况,以期为该材料在国内航空发动机领域的发展提供一定的参考。