关键词： 碳化硅纤维   陶瓷基复合材料   界面相   涂层   航空发动机  

摘要： 碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC CMC)具有低密度、高强高模、耐高温抗氧化、抗蠕变、抗热冲击、耐腐蚀、材料热膨胀系数小等性能优点,在航空发动机上具有巨大的应用潜力。从碳化硅纤维、制备工艺、界面相和涂层等方面综述了国内外SiC/SiC CMC的发展现状,并基于SiC/SiC CMC的性能特点对其在航空发动机燃烧室火焰筒、混合器、涡轮罩环/静子叶片/转子叶片、喷管调节片等热端部件上的应用情况进行了介绍。

关键词： 陶瓷基复合材料   疲劳寿命   迟滞回线   S-N曲线  

摘要： 为了建立CMC疲劳寿命预测方法,推广CMC在航空发动机中的应用,根据BHE剪滞模型理论,分析了随着疲劳峰值应力的大小不同,CMC可能出现的4种疲劳迟滞行为,推导了每种迟滞行为下的循环应力-应变公式,模拟了给定应力条件下的疲劳迟滞回线,通过与试验数据对比,证明了迟滞回线模拟的准确性,进一步分析了界面剪应力随疲劳循环数的退化关系。结合界面剪应力退化模型与纤维强度退化模型,设计了纤维应力计算和疲劳寿命计算流程。针对2维编织CMC,根据单胞有限元计算结果提取了纤维束应力,并对CMC进行了疲劳寿命计算,推导了CMC疲劳寿命S-N曲线,其结果与试验数据基本吻合。针对2维编织CMC的疲劳寿命预测方法,可用于编织结构的CMC涡轮导叶疲劳寿命分析。

关键词： 抗氧化性能   弯曲强度   热膨胀   陶瓷基复合材料  

摘要： 采用CVI工艺制备基体、PIP方法制备界面,成功制备出了具有Si-O-C界面层的碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料(C/Si-O-C/Si-C-N),研究了Si-O-C界面层对C/Si-C-N复合材料力学性能、抗氧化性能和热膨胀性能的影响。结果表明,C/Si-C-N陶瓷基复合材料在采用Si-O-C界面层后,相对于采用热解碳界面的同类复合材料,其抗氧化性能明显提高,强度则基本相当,在实验温度区间内,平均热膨胀系数略有升高。

关键词： 宽体客机   发动机制造商   航空动力   罗罗   数据显示   齿轮系统   陶瓷基复合材料   加长版   公务机   涵道比  

摘要： 尽管航空公司如今更偏爱大尺寸窄体客机,全球宽体客机市场总体上处于＂不温不火＂的状态,但这并没有影响发动机制造商研发新一代宽体客机发动机的热情。从市场份额来看,虽然宽体客机发动机的交付数量要远低于窄体客机发动机,但这一市场拥有更为丰厚的利润空间。航升咨询公司的数据显示,宽体客机发动机的价值约占整个发动机市场市值的40%~45%。这一方面是因为发动机本身的售价较高,另一方面则是来自庞大的售后维护市场。

关键词： 液态聚碳硅烷   先驱体浸渍裂解   陶瓷基复合材料  

摘要： 陶瓷先驱体是先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备陶瓷基复合材料的关键,先驱体工艺性能对复合材料制备工艺和材料性能有着决定性的影响。以一种新型液态聚碳硅烷先驱体(VHPCS)为研究对象,利用红外光谱分析差示扫描量热分析、热重分析、X-射线衍射分析等分析手段对VHPCS及其裂解产物的热稳定性进行表征。从PIP工艺角度出发,对VHPCS固化行为和裂解行为进行分析。结果表明,VHPCS中含有活性的Si-H和Si-CH=CH2基团,可在165℃开始固化反应。VHPCS在1000℃的N2气氛下的陶瓷产率为60%,其裂解产物在1000~1300℃内晶相稳定,是比较理想的陶瓷先驱体。

关键词： 陶瓷基复合材料   分类   力学特性   加工特点  

摘要： 陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料,有效解决了陶瓷的脆性问题,开始在航空、航天、国防等领域得到广泛应用,例如连续纤维补强陶瓷基复合材料,具有高强度和高韧性,特别是具有与普通陶瓷不同的非失效性断裂方式,使其受到世界各国的工业生产领域的极大关注。文章对陶瓷复合材料的分类、主要性能、机械加工特点进行介绍。

关键词： 陶瓷基复合材料(CMCs)   多尺度模型   应力—应变行为   细观力学模型   有限元法(FEM)  

摘要： 对层合陶瓷基复合材料(CMCs)的应力-应变行为进行了研究。基于多尺度分析方法,实现了由组分性能参数到层合陶瓷基复合材料整体应力-应变的计算。采用可实现单向纤维增强陶瓷基复合材料应力-应变计算的细观力学模型,由材料的细观组分性能计算出单向板的非线性弹性性能,并将单向板的弹性性能作为层合复合材料模型的输入参数,通过有限元法计算层合陶瓷基复合材料的整体应力-应变响应。与试验数据的对比表明:采用该模型可以实现层合陶瓷基复合材料在单调拉伸载荷及拉伸加卸载条件下应力-应变曲线的预测,其中数据的最大偏离为19.61%.

关键词： 陶瓷基复合材料   玻璃板   粘接强度   耐水性   单因素方差分析   硅烷偶联剂   复合树脂   表面润湿性  

关键词： 氧化铝   复合材料   近净成形   研究现状  

摘要： 近净成形技术是一种成本低、生产工序少、成形精度高和材料利用率高的先进加工技术。本文介绍了氧化铝陶瓷基复合材料的近净成形制备技术研究现状,包括激光近净成形、伪半固态触变成形、凝胶注模成型和粉末注射成形。

关键词： SiC陶瓷基复合材料   抗氧化性能   孔隙调控   反应熔渗  

摘要： 航空发动机是确保飞机使用性能的决定因素。高性能航空发动机的发展对热结构材料提出了极为苛刻的要求。连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有耐高温、比强度高，且在应力作用下表现为非脆性断裂失效方式等特点，被认为是可替代部分高温金属材料作为新一代高性能航空发动机热端部件的重要候选材料。但是，受传统制备方法制约，目前获得的纤维增强碳化硅复合材料还存在基体中碳和硅反应不充分以及在水氧条件中碳化硅基体发生退化等关键问题，严重影响了材料的性能。针对以上问题，本课题提出利用有机物固化分相原理，在纤维预制体内部构筑具有适合熔渗反应的碳基体结构，并显著降低碳基体中热解碳的颗粒尺寸，以突破现有制备方法的局限，实现碳和硅的充分反应，避免大块碳和大块金属残留；通过浸渍裂解法将稀土元素引入基体中，对基体进行改性，提高纤维增强陶瓷基复合材料基体自身的抗水氧性能，减少对环境障碍涂层的依赖。本文通过反应熔渗法制备得到Cf/SiC复合材料，通过浸渍裂解酚醛树脂周期对Cf/C孔隙结构进行了调控，并且利用碳基体结构调控剂对酚醛树脂碳进行了优化。对比了不同酚醛树脂浸渍裂解周期制备的复合材料结构与性能的差异；对未添加碳基体结构调控剂与添加碳基体结构调控剂制备的复合材料进行了对照试验，分析了碳基体调控剂在材料中的作用、对微观结构的影响。此外，在Cf/SiC复合材料中引入钇源，研究了钇源在复合材料中的分布状态。研究表明酚醛树脂碳在纤维束间分布均匀，在纤维束内有少量分布。随着酚醛树脂浸渍裂解周期的增加，引入的酚醛树脂碳随之增加，在熔渗预制体中留给硅熔渗的孔隙也相应减少，并且在熔渗过程中，对纤维的侵蚀程度以及游离硅含量逐渐降低，复合材料抗弯强度随之提高。孔隙调控剂对纤维预制体中裂解碳的结构有很明显的改善，当孔隙调控剂/酚醛树脂质量比为1：8，固化温度为130℃，裂解温度为1000℃时，可以得到中位径为1.8 μm，孔径分布为0.2-20 μm的多孔预制体。基于熔渗多孔预制体孔隙结构调控，采用熔渗工艺制备得到Cf/SiC复合材料，材料开口气孔率为6%-12%，密度为2.00-2.27g/cm3。复合材料的显微结构表明，基体中无大块残留碳的存在，反应生成的碳化硅在基体中均匀分布，并且提升了复合材料的抗弯强度79%。分别通过熔渗Si-41.0 wt%Y合金和浸渍裂解硝酸钇的方法在复合材料中引入钇源，但是两者的组成成分与分布状态有所不同。熔渗Si-41.0 wt%Y合金引入的钇源以YSi2的组成分布在复合材料纤维束间；浸渍