关键词： Ceramic Matrix Composites   Weave Pattern   Boundary Layer Transition   Pit   Flow Loss  

摘要： Ceramic matrix composites(CMCs) are one of the most promising materials in the field of gas turbines,with superior weight and thermal properties. Its surface morphology is different from the traditional casting airfoil components, which mainly comes from different weaving methods and different braided tow thickness. However, few people have studied the influence of surface morphology of ceramic matrix composites(CMCs) on the development of boundary layer and the resulting flow loss. In this paper, Tex Gen is used to generate different surface morphology structures of ceramic matrix composites(CMCs), and the surface flow characteristics of corresponding CMCs plates are numerically studied. It is found that the slope of the displacement thickness of the woven surface first increases and then decreases in the whole transition interval. Thicker braided tow thickness and denser braiding method will induce earlier flow transition phenomenon and produce greater flow loss;The flow loss on the surface of CMCs plate is mainly composed of the vortex loss in the pit and the boundary layer loss outside the pit, and the boundary layer loss is dominant. The weaving methods has a greater influence on the flow state and flow loss of the boundary layer.

关键词： 陶瓷基复合材料   PyC界面相   均匀性   微观结构  

摘要： 陶瓷基复合材料力学性能与界面相的微观结构和均匀性有密切关系。本研究在碳纤维布表面沉积PyC界面相,探究沉积温度、丙烯分压、滞留时间和氢气分压等工艺参数对PyC界面相微观结构及均匀性的影响规律。使用多种手段对PyC界面相微观形貌、织构进行表征,并分析了微观结构、均匀性与工艺参数之间的内在关联。结果表明:界面相织构的规整度随沉积温度和丙烯分压的提高而提高,随氢气分压的提高而降低,而受滞留时间影响较小;沉积温度和丙烯分压升高均导致界面相厚度分布更加不均匀,且丙烯分压过高会直接产生炭黑,延长滞留时间有利于提高界面相的均匀性;对于中织构和高织构,随着氢气分压提高,界面相均匀性先降低后增加,而低织构的界面相均匀性受其影响较小。最后,阐明了PyC界面相生长模式,揭示了工艺参数对PyC界面相织构形态及均匀性的影响规律,为PyC界面相的精细调控提供了基础。

关键词： 热结构材料   陶瓷基复合材料   陶瓷基体   增韧补强   结构单元   连续纤维   高熔点   断裂行为  

摘要： 连续纤维增韧陶瓷基复合材料的出现成功解决了由于陶瓷脆性大,限制其作为热结构材料使用的问题,是目前最有发展前景的热结构材料之一。通过连续纤维、界面和基体等结构单元的合理设计,可有效实现对陶瓷的增韧补强,使陶瓷基复合材料既保持陶瓷基体固有的优异特性(低密度、高熔点、耐腐蚀等),又可以具有类似金属的断裂行为,对裂纹不敏感,不发生灾难性破坏,满足热结构材料的应用需求。

关键词： 陶瓷基复合材料   界面层   微区力学行为   界面剪切强度  

摘要： 作为热结构材料,陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC)在航空航天领域应用潜力巨大。连续纤维的引入解决了陶瓷脆性大的问题,而纤维与基体间微小区域——界面层的设计是保证CMC具有高韧性的关键。一直以来相关研究主要集中于界面层与CMC宏观力学性能之间的关系,受限于表征难以深入研究界面层微区力学行为的困难。随着微纳力学测试与聚焦离子束(focused ion beam,FIB)技术的发展,近些年来对于CMC界面层结合强度以及其失效行为的表征逐渐增多。在此基础上,本文综述CMC中界面层的作用以及界面剪切强度的影响因素与调控机制,同时汇总当下通过直接或间接手段测试界面剪切强度的方法,重点总结微纳力学手段下纤维push-out/push-in以及微柱压缩等方法的适用条件以及差异,报道这些方法在界面区失效机制研究方面的进展,并指明尚存在的一些问题。其中,纤维pushout/push-in可以反映基体应力作用对界面剪切强度的影响,但测试结果可能受到外部因素的影响;而微柱压缩测试则更多地反映界面层本征特性,无法反映基体应力对界面剪切强度的影响,也无法反映纤维拔出过程。最后展望未来的研究方向:进一步拓展界面微区力学行为的表征方法,同时确定微区力学与宏观力学性能间的影响机制并建立模型,最终实现CMC的界面层优化。

关键词： 陶瓷基复合材料   单晶金刚石   车削参数   正交试验  

摘要： 介绍了陶瓷基复合材料(CMC)材料材料特点以及在航空发动机中的应用,以及单晶金刚石刀具优势以及在新型材料加工中的应用。通过分析航空发动机尾锥加工工艺,确定主要的加工难点,并通过增加零件工艺过程的刚性,将加工难点聚焦至车削参数的优化。基于此,设计车削正交试验,得到最佳车削参数。随后进行优化参数的切削对比试验,并验证了其优化参数的切削效果。最后总结了零件工艺过程并提出了实际零件加工过程中切削参数的调整方法。

关键词： 陶瓷基复合材料   SiC/SiC复合编织管   石英灯辐照加热   热冲击   失效机理  

摘要： 以二维二轴编织的SiC/SiC复合编织管为研究对象,研究其抗热冲击性能及失效机理。自主搭建了基于石英灯辐照加热的循环热冲击试验平台,基于该平台开展了SiC/SiC复合编织管的循环热冲击试验考核,并对循环热冲击后的复合编织管进行了径向压缩测试,探究了复合编织管力学性能与破坏机理,拟合得到了热冲击强度退化经验公式。研究结果表明,搭建的循环热冲击试验平台能够模拟快速升降温的实际服役环境,最高升温、降温速率在试验过程中分别可达约40、60℃/s。随着热冲击循环次数的增加,SiC/SiC复合编织管环向拉伸强度下降,且降幅随之增大。热冲击产生的热应力导致纤维周围的基体产生微裂纹,弱化了纤维束与基体之间的连接,这是复合编织管强度降低的原因之一。拟合的强度退化经验公式能够准确描述强度退化规律,可以满足工程应用需求。

关键词： 陶瓷基复合材料   激光   超声磨削   多能场   微观形貌   磨削力  

摘要： 目的揭示激光与Cf/C-SiC陶瓷基复合材料相互作用机理,分析激光能量密度对材料形性演变的影响规律。提出Cf/C-SiC陶瓷基复合材料激光复合超声磨削加工方案,探究硬脆材料多能场复合加工的可行性。方法使用不同能量密度的激光束扫描Cf/C-SiC陶瓷基复合材料表面,以明确材料烧蚀行为。在材料表面预制不同间距的平行纹理沟槽,进而对比传统磨削、超声辅助磨削和激光复合超声磨削的加工效果,同时研究不同扫描间距的预制沟槽对磨削效果的影响规律。结果陶瓷基复合材料(CMC)在激光作用下可呈现2种截然不同的状态,改性状态时材料以氧化等热化学变化为主,样件内出现热影响区和裂纹区。烧蚀状态时材料以热物理和热机械变化为主,样件内出现烧蚀凹坑、重铸层、热影响区和裂纹区。纤维束中界面经整体脱黏后,裂纹向下延伸并发生偏转。基体中的裂纹多起源于纤维界面处,并在扩展过程中发生偏转、分叉。激光烧蚀作用可改变材料的可加工性,有利于后续超声磨削加工。激光复合超声磨削的两方向磨削力相较传统磨削分别减小了51.4%和56.5%,同时表面粗糙度Sa可降低至4.228μm。结论激光复合超声磨削可有效降低磨削力和加工表面粗糙度,从而提高加工质量,该方法在实现硬脆材料高质量低成本加工方面具有较大的潜能。

关键词： 碳纳米管   陶瓷   复合材料   性能提升  

摘要： 总结了碳纳米管增强陶瓷基复合材料的类型、制备方法、性能和应用前景等.在碳纳米管增强陶瓷基复合材料中,增强材料可分为短碳纳米管、长碳纳米管以及单壁碳纳米管、多壁碳纳米管等;陶瓷基体主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷.碳纳米管引入陶瓷基体的方法主要包括物理混合、碳纳米管表面改性处理、湿式化学合成和化学气相沉积法等;复合材料烧结方法主要包括常压烧结、热压烧结、真空烧结、放电等离子体烧结法等.碳纳米管可以显著改善陶瓷的脆性,增强其强度、韧性、耐磨性、导电和导热性能.该材料可应用于结构材料、电子器件、生物医学等领域.在未来研究中,可从制备方法的优化、碳纳米管的分散、复合界面的控制、可持续发展和循环经济、增强材料的多功能性等方面进一步展开探索.

关键词： 超声振动加工   陶瓷基复合材料   超声振动系统   超声振动辅助磨削   旋转超声加工  

摘要： 陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。

关键词： 反应熔渗   陶瓷基复合材料   梯度材料   微观结构   烧蚀性能  

摘要： 为了获得高性能的Zr基超高温复合材料，本文利用反应熔渗工艺，通过改变原料的铺制方式得到Zr基超高温梯度复合材料。本文研究了原料的铺制方式对梯度Zr基超高温复合材料的微观结构和烧蚀性能的影响。结果表明，当改变熔渗原料的成分比例时，梯度Zr基超高温复合材料的梯度结构将不同，当Zr/Mo/Si层厚度分别为6/4/12 和8/2/12mm时，样品中SiMoZrC固溶体的含量沿着熔渗方向增加和减少。本文将梯度样品在3000 ℃的氧乙炔火焰下烧蚀40s，当样品的熔渗原料状态为粉末，Zr/Mo/Si层厚度为6/4/12 mm时，材料的抗烧蚀性能最好。