关键词： Circular waveguides  

摘要： With the rapid development of stealth technology, the microwave absorbing properties of composite materials are increasingly required. In this paper, SiCf/SiC 2D woven fabric was prepared by precursor impregnation and pyrolysis (PIP). The absorbing properties of SiCf/SiC 2D woven fabric, such as reflection loss, absorbing mechanism and influencing factors, were studied by means of experimental test and numerical simulation. The results show that the SiCf/SiC 2D woven laminates prepared in this paper have an effective absorption bandwidth of 3 GHz and a maximum reflection loss of -19.2 dB at the absorption peak of 9.7 GHz in the frequency range of 4-18 GHz. Its microwave absorbing performance is closely related to the electromagnetic parameters of the fiber, the microstructural parameters and the incidence Angle of the electromagnetic wave. In addition, it is found that the absorption properties of the composites are mainly due to the special braided structure and the interaction between the fibers and the matrix. These interactions cause electromagnetic waves to be reflected, scattered and absorbed several times inside the material, thus achieving efficient electromagnetic wave attenuation. This paper not only helps to promote the application of SiCf/SiC composites in stealth technology, electromagnetic shielding and other fields, but also provides a useful reference for the research of other high-performance composites. © 2024 Aeronautical Manufacturing Technology Magazine Office. All rights reserved.

关键词： 2D机织结构   SiCf/SiC复合材料   反射损耗   吸波机理   先驱体浸渍裂解法(PIP)  

摘要： 随着隐身技术的快速发展,对复合材料的吸波性能要求日益提高。本文以SiC纤维2D机织织物为预制体,通过先驱体浸渍裂解法(PIP)制备了SiCf/SiC 2D机织层合复合材料,并通过试验测试与数值模拟相结合的方法研究了其反射损耗、吸波机理、影响因素等基础吸波性能。结果表明,在4~18 GHz频率范围内,本文所制备的SiCf/SiC 2D机织层合复合材料具有3 GHz的有效吸波带宽,吸收峰9.7 GHz处的最大反射损耗达-19.2 dB,其吸波性能与纤维电磁参数、细观结构参数以及电磁波的入射角度等因素密切相关。此外,还发现复合材料的吸波性能主要来源于特殊的编织结构和纤维与基体之间的相互作用。这些相互作用使电磁波在材料内部发生多次反射、散射和吸收,从而实现了高效的电磁波衰减,推动SiCf/SiC复合材料在隐身技术、电磁屏蔽等领域的应用。

关键词： 增材制造   陶瓷基复合材料   碳化硅陶瓷   纤维增强   离散纤维   连续纤维  

摘要： 碳化硅陶瓷是一类先进结构材料,具有低密度、高强度、耐腐蚀等优点,然而,碳化硅陶瓷自身的高硬度、高脆性导致其复杂结构件难以制造。3D打印技术的发展为复杂异形陶瓷构件的成形开辟了新途径,但与注射、等静压、凝胶注模等方法相比,其力学性能仍有不足。纤维增强是一类提高碳化硅陶瓷材料力学性能的可靠方法,纤维的引入不仅提高了碳化硅陶瓷的强度,而且改善了碳化硅陶瓷材料的韧性。因此,3D打印纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料逐渐成为研究热点。本文对国内外纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料3D打印技术的最新研究进行了回顾,总结了用于3D打印碳化硅陶瓷增强的纤维种类和纤维预处理方法;依据纤维的连续性对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的3D打印工艺进行了概括,分析了各种3D打印工艺制备的碳化硅陶瓷基复合材料的力学性能,并介绍了3D打印纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的应用领域,对未来发展方向作出了展望。旨在为碳化硅陶瓷基复合材料的增材制造技术研究提供参考。

关键词： 连续纤维   陶瓷基   纤维增强   复合材料   3D打印  

摘要： 连续纤维增强陶瓷基复合材料(continuous fiber reinforced ceramic matrix composites,CFRCMCs)具有低密度、高强度、优异的高温稳定性与化学稳定性等性能,在航空航天、核工业、化工以及交通运输等领域都有着重要应用。近几年,3D打印技术的发展为复杂异形CFRCMCs构件的预制体成形提供了创新途径。然而CFRCMCs的3D打印技术仍处于起步阶段,面临着成形设备、成形工艺和成形原理等方面的重大挑战。因此,对CFRCMCs的3D打印研究进展与挑战进行归纳与分析具有重要意义。本文首先对常见3D打印技术进行简单介绍;其次,总结CFRCMCs的3D打印研究进展,具体包括基于热塑性原料的熔融沉积3D打印、基于水系浆料的墨水直写3D打印、机械辅助的墨水直写3D打印、基于光敏浆料的光固化3D打印等;最后,从纤维与陶瓷界面、缺陷表征与控制、陶瓷化与致密化、自动化与智能化制造、结构功能一体化、4D打印、自修复以及标准等方面对CFRCMCs的3D打印挑战进行分析。期望为CFRCMCs 3D打印相关的基础科学与关键技术研究提供一定参考与指导。

关键词： 氧化铝   二氧化硅   氧化物连续纤维   陶瓷基复合材料   高温力学性能  

摘要： 分别以氧化铝纤维和石英纤维作为增强体,采用溶胶-凝胶成型工艺制备出了氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料(Al_(2)O_(3)f/SiO_(2))和石英纤维增强二氧化硅复合材料(SiO_(2)f/SiO_(2))2种氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。分别研究了其在25~1400℃温度条件下的抗拉伸强度及抗压缩强度,并采用电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对复合材料的微观形貌和物相进行了表征。结果表明,在25~1000℃条件下,氧化铝纤维增强二氧化硅复合材料的力学性能远高于石英纤维增强二氧化硅复合材料。而当温度升高到1200℃及以上温度时,复合材料力学性能急剧下降,基体中的二氧化硅颗粒与氧化铝纤维之间发生强结合。当温度进一步提升到1300~1400℃时生成了莫来石相和α-方石英相,界面消失导致的脆性断裂是复合材料高温失效的主要机理。

关键词： 声发射   陶瓷基复合材料   机器学习   剩余强度预测  

摘要： 为有效评估陶瓷基复合材料在载荷作用下的损伤状态,开展了陶瓷基复合材料加载过程中的声发射监测试验。对比了包括XGBoost、AdaBoost、KNN回归等多种机器学习算法在材料剩余强度预测方面的性能。通过基于SHAP的模型可解释性,分析了各相关特征对模型预测能力的贡献。结果表明:除关键声发射信号特征之外,基于声发射信号的计算特征——预警函数,对剩余强度模型预测能力的提升有较大帮助,基于XGBoost算法和声发射信号能够实现较精确的陶瓷基复合材料剩余强度预测。

关键词： 太阳能   斯特林发电系统   陶瓷基复合材料   蓄热   斜温层   蓄热效率   量纲分析  

摘要： 基于1 kWβ型碟式太阳能斯特林发电系统,建立三维、瞬态单罐填充床蓄热数值模型。按不同比例制备陶瓷石墨复合材料,通过热物性与机械性能表征,采用m(高炉矿渣)∶m(石墨)=8∶2的复合材料作为储罐填料。结果表明加入填料后不同初始条件下斜温层厚度比纯水蓄热罐可减少37.5~70.0 mm,蓄放热效率提高约6%;通过π定理采用多元回归方法建立斜温层厚度与各初始条件数学模型,分析了入口流速、蓄热温差、罐体高径比、填料等对蓄热罐斜温层厚度的影响,得到斜温层厚度比无量纲函数关系式;蓄热过程增大入口流速、减小颗粒粒径,达到热平衡时间越短。

关键词： 陶瓷基复合材料   编织角度   截面尺寸   气膜冷却   各向异性   导热系数  

摘要： 针对陶瓷基复合材料(CMC材料)在航空发动机高温部件中应用时的冷却需求,考虑到CMC材料内部非均质非均匀结构和热物性特征与均质金属材料的巨大差异,探究了CMC材料编织结构几何参数对气膜综合冷却效果的影响,研究中以三维五向编织CMC材料为例,建立了反映材料内部细观编织结构的平板气膜全尺寸计算模型,从细观纱线尺度引入各组分热物性参数,计算分析了不同编织角度和纤维束截面尺寸等几何特征参数对气膜综合冷效的影响规律。研究结果表明,纤维束由于导热系数相对较高成为平板内部的主要热量传输通道,编织角发生变化时纤维束方向也随之改变,进而影响材料内部热量传输通道及整体各向异性等效导热系数。本文计算工况下,在气膜孔下游0~10D (D为气膜孔直径)区域,编织角度为40°时气膜综合冷效相对较高;在远离气膜孔区域,气膜板的冷却效果随着编织角度的增大而减弱。纤维束截面尺寸的改变对气膜综合冷效的影响较小,但是随着纤维束截面尺寸的增加,平板内部温度更加均匀。

关键词： SiC_(f)/SiC复合材料   陶瓷基   热震   多物理耦合损伤   摩擦磨损  

摘要： 采取加热-水淬循环的方式对化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解(PIP)复合工艺制备成的2.5D编织SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料进行热震试验,并对热震后的材料进行单向拉伸试验,研究在多物理耦合损伤(不同热震次数、拉伸)下材料的摩擦性能及摩擦磨损机制。结果表明单一拉伸损伤会导致材料内部缺陷增多,拉伸损伤程度越高,磨损量与磨损率越大,但材料的摩擦系数变化趋势、磨损机理没有改变。在热震30次后材料表面出现凹坑,具有疲劳磨损的特征。多物理耦合损伤下,由于热震后材料表面产生氧化物,作用在表面织构起到了固体润滑剂的效果导致减磨,使得材料的磨损量与磨损率降低。并且磨损机理发生改变,单一拉伸损伤的SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料的磨损机理主要是磨粒磨损,经过10次热震后转变为磨粒磨损和粘着磨损,在热震30次后材料表面出现凹坑,具有疲劳磨损的特征。

关键词： 陶瓷基复合材料   磨削加工   表面质量   表面粗糙度  

摘要： 针对陶瓷基复合材料的难加工问题,开展长度300和500 mm连续表面磨削加工试验,分析典型损伤特征,利用3D表面粗糙度参数S_(a)、S_(z)、S_(sk)、S_(ku)、S_(dr)和S_(bi)综合评价加工表面形貌,系统研究不同加工长度连续表面的质量稳定性。结果表明:磨削加工后的有效长度超过70%,但是会随机出现剥落损伤和过切损伤;剥落损伤源自涂层-复合材料界面的低结合强度,过切损伤源自理想加工表面与纤维编织层间的微小偏角误差;剥落损伤和过切损伤会造成陶瓷基复合材料层孔隙裸露,破坏表面完整性,影响表面气密性,但未观察到加工导致的孔隙缺陷扩展现象;去除上述损伤位置,加工表面光滑平坦,呈现镜面状态,能够提供更好的承载能力和更低的流体阻滞;300和500 mm加工长度的表面质量稳定性差异不显著,但刀具磨损差异导致500 mm加工长度的表面粗糙度S_(a)和S_(z)高于300 mm加工长度。