关键词： 陶瓷基复合材料   声学特性   各向异性   超声检测  

摘要： 连续纤维增韧陶瓷基复合材料因其质量轻、耐高温的特性，深受国内外航空、航天等领域的青睐。目前在国内，已有部分材料应用于国防产品上。然而作为一种新型材料，针对其的超声检测研究仍然很少，加之材料的复杂性，使得对其的声学特性研究难见突破性进展。本文以连续碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（CFCC-SiC）的声学特性为研究对象，在掌握碳化硅基体声学特性的基础上，将横观各向同性模型应用于材料分析中，运用声波传播理论获得材料慢度图，并以实验方法定性验证该模型的合理性；用脉冲发生器与示波器搭建线性声学参量检测平台，用函数发生器、功率放大器及示波器搭建非线性声学参量检测系统，对材料的三个声学参量（声速、声衰减、非线性系数）进行测量，获得材料不同方面的声学特性；通过在材料外部包裹防水耦合薄膜的方法，从波形、幅值、频谱等方面分析防水薄膜的超声耦合效果，解决实际检测过程中，CFCC-SiC不能水浸的问题。 实验结果表明，碳化硅基体纵波与横波声速分别为11500m/s、7000m/s，声衰减普遍高于高温合金。CFCC-SiC预制体所在平面各方向声速均在7800m/s附近，垂直于预制体平面方向的声速为2460m/s，两个方向声速相差两倍之多。样品声学参量的逐点测量结果变化明显，其分布具有规律性，同时，CFCC-SiC的声衰减系数在1dB/mm与3dB/mm之间变化，是所测过高衰减材料中衰减最高的。包裹防水薄膜与未做防水处理样品的水浸超声信号波形一致，幅值稳定，频谱成分相当，两种情况具有很强的一致性。 由此可知，CFCC-SiC因其基体的高声速、高衰减以及预制体铺层具有方向性、材料复合结构复杂等特点，造成了该材料声衰减加重、某一方向声速较大以及强烈各向异性的特征，且材料的声学参量离散性大，使得利用声学参量进行材料特性评估成为可能。同时，利用包裹薄膜的方法来对材料进行防水处理，可以达到预期的检测效果，适用于该材料在防水的条件下进行水浸超声检测。

关键词： ZrB2基复合材料   热压烧结   微观结构   力学性能  

摘要： 由于ZrB2是通过共价键和离子键结合的,故其具有高熔点、高硬度和抗磨损等优异的物化性能,使其成为在苛刻环境中服役的最有潜力的结构材料。但由于ZrB2材料自扩散系数较低,故很难制备致密度较高的单体ZrB2材料,因此在本课题中添加了ZrSi2作为助烧结剂,在较低的烧结温度下制备致密度较高的ZrB2基复合材料。对于陶瓷材料固有的脆性,在本论文研究中采用WC颗粒和短切碳纤维进行增韧。在ZrB2陶瓷基复合材料的制备过程中,使用热压烧结工艺,烧结温度为1400℃-1600℃,烧结压力为30MPao使用XRD和SEM等测试方法,对复合材料的物相进行鉴定。本论文中主要对两种增韧机理做了如下讨论： 通过添加不同体积分数的ZrSi2,来得到相对致密度较高的ZrB2陶瓷基复合材料,在本文中助烧结剂ZrSi2的体积分数分别选取了15%、20%,和25%,颗粒增强物WC的体积分数选取为5%。经过热压烧结工艺,ZrB2-ZrSi2-WC复合材料的相对致密度可达到99%以上。通过三点弯曲实验和单边开口梁测试法,其断裂韧性最高可达585MPa,断裂韧性可达到6.87MPam1/2,其较高的断裂韧性主要是由于棒状ZrB2晶粒的拔出。通过XRD和SEM物相分析,发现在ZrB2-ZrSi2-WC复合材料中形成了两种置换固溶体。 研究了助烧结剂ZrSi2为20%时,在ZrB2-20vol%ZrSi2基体相中添加短切碳纤维,制备了碳纤维含量为5%、10%、20%和30%的ZrB2-20vol%ZrSi2-Cf复合材料,当纤维含量为20%时,ZrB2-20vol%ZrSi2-Cf具有较好的力学性能和微观结构。同时分析为加入20%未处理和经过1500℃处理后的碳纤维的微观形貌的异同。当纤维经过热处理之后,ZrB2-20vol%ZrSi2-Cf复合材料的纤维表面形成了一层硅酸盐保护层,防止了基体对纤维的腐蚀。经过力学性能测试,ZrB2-20vol%ZrSi2-Cf的断裂韧性可达到6.3MPa m1/2,但其弯曲强度较低,其增韧机理为纤维的拔出和弱的界面结合强度。

关键词： 文献题录   陶瓷基复合材料   陶瓷复合材料   现代技术   碳化硅   文摘   检索工具   目录  

关键词： 石墨烯纳米带   阻燃材料   准入标准   卫生陶瓷   CMC   建筑陶瓷   非氧化物   生物陶瓷材料   陶瓷复合材料   陶瓷基复合材料   碳纳米管  

摘要： 可控制室温陶瓷板研发成功西班牙研究人员发明了一种由陶瓷材质构成的可控制温度的创新,其可作为常见空调设备的一种替代品。该板材以先进的毛细管结构为特征,面板可以让水流到内部,并根据水的温度去加热或者冷却房间。该材料以工厂预装的板材为基础,由多层结构构成且能够非常便易地安装在天花和墙壁之上。据了解,可控制温度陶瓷板的维护费用非常低,而且能够根据多样的设计和结构让板材在不同尺寸和设计版式上发挥最大的创造性,其出色的测试表现使之可以作为传统空调系统替代品的性能。研发团队正在寻找有兴趣把此项技术应用于商业产品的投

关键词： ceramic matrix composite   Thesis  

摘要： Fiber reinforced ceramic matrix composites (CMCs) are desirable materials for high-temperature, structural engineering applications because of their low density, high melting temperature, and relatively high toughness. In order to employ them commercially, as in aircraft engines, deformation and damage mechanisms must be well characterized. This requires comprehensive assessments of damage initiation (which is detectable only at microscopic length scales), damage accumulation (the detection of which spans microscopic and macroscopic scales), and failure (which is best characterized at macroscopic scales). A multi-scale approach was adopted to characterize each of these stages of damage in continuous fiber silicon carbide (SiC/SiC) CMCs. Thermomechanical testing, conducted in-situ in a scanning electron microscope and augmented with digital image correlation (DIC), revealed when and where, with respect to stress state and microstructure respectively, cracks initiated. Microscopic analyses further revealed toughening mechanisms in the constituent fibers. Using full-field deformation data from DIC to evaluate the J-integral, toughness in cross-ply and unidirectional CMCs was characterized and fiber-bridging laws were developed. Macroscopic damage analyses elucidated crack accumulation behavior in both the linear and non-linear loading regimes and through final failure. Experimental testing at the macroscale provided a resource for validating numerical damage models, characterizing crack speed in the presence of toughening constituents, and, when combined with fractography, developing a three dimensional perspective of crack propagation. Comparing deformation data collected from the same specimen but at different length scales, it was shown that the reduced spatial resolution of the macroscale masks underlying damage that is present at the microscale. As each length scale has strengths and weaknesses, it is argued that a comprehensive characterization of damage in CMCs

关键词： 三维机织结构复合材料   氧化物陶瓷基复合材料   碳纤维   织造方法   三点弯曲测试   增韧机制  

摘要： 碳纤维增强氧化物陶瓷基复合材料具有优异的机械性能、高耐热性、低热膨胀和低密度,使其广泛应用于航空航天和工业领域,如导弹鼻帽和汽车燃气管道。最近几年,纺织结构纤维增强陶瓷复合材料以其更好的完整性和抗分层性能引起了人们更多的关注。但是,现有的用于制造纺织结构纤维增强陶瓷基复合材料的方法效率低,限制了纺织结构陶瓷基复合材料的广泛应用。 本文针对现有纺织结构增强陶瓷基复合材料制备方法所存在的不足,开发出一种工艺更为简单、生产周期更短、生产成本更低、适用范围更广的三维机织结构纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法,此方法的特征在于：在三维机织结构纤维预制件的织造过程中,在纤维层间涂覆、浇注陶瓷浆料,干燥后通过多次真空辅助转移成型(VARTM)的方法浸渍,使陶瓷浆料充分填充于纤维预制件的空隙,以降低陶瓷基体的孔隙度,最后通过热压烧结制得致密化的三维机织结构纤维增强陶瓷基复合材料。 本文利用此方法制造了三维正交机织结构碳纤维增强二氧化硅陶瓷基复合材料(3D Cf/SiO2)和三维正交机织结构碳纤维增强氧化铝复合材料(3D Cf/Al2O3)。通过弯曲性能测试、冲击性能测试以及断面电子显微镜形貌分析来研究复合材料的力学性能、微观结构以及增韧机制。实验表明碳纤维增强二氧化硅复合材料经纬向弯曲强度分别达到103.8MPa和119.8MPa,与纯二氧化硅陶瓷材料相比分别增加了201.6%和263.6%。碳纤维增强氧化铝复合材料的弯曲断裂为非脆性断裂,但是材料经纱方向的弯曲强度低于纯氧化铝材料,这主要是由碳纤维和氧化铝基体热膨胀系数不匹配导致的。两种复合材料的弯曲应力-应变曲线都表明,由此方法制造的纤维增强陶瓷基复合材料的断裂破坏不是连续进行的,具有非脆性断裂的特性。扫描电子显微镜对两种复合材料抗弯失效断面分析表明,碳纤维对陶瓷基体的增韧机理为裂纹偏转、纤维的拔出与桥接,从而实现了失效方式从灾难性破坏到非灾难性破坏的改变,极大地提高了复合材料的韧性。由此可见此种新型的三维纺织结构纤维增强陶瓷基复合材料制备方法可以有效增强陶瓷复合材料的强度和韧性,具有推广应用于制造其他陶瓷基复合材料的潜力。

关键词： C/SiC   陶瓷基复合材料   陶瓷复合材料   基体改性   自愈合   制备工艺  

摘要： 为了提高CMC-SiC高温抗氧化性和长时间服役的寿命,必须对CMC-SiC进行自愈合改性,使裂纹和孔洞处能够原位自生成玻璃相,以达到在服役过程中主动封填的效果,阻止氧化性介质向内扩散,降低PyC和C纤维的氧化损伤。

关键词： ZrB2基复合涂层   SiC涂层   料浆法   Cf/Zr-B复合材料  

摘要： 短切碳纤维骨架增强陶瓷基复合材料具有耐高温、抗热冲击、低密度以及防/隔热一体化特点，在航天飞行器热防护系统中具有广泛的应用前景。由于碳纤维增强体的本身抗氧化性能较差，限制了其在高温长时间有氧环境下的应用。因此，优化设计和制备低密度碳纤维增强骨架增强陶瓷基复合材料高效的高辐射和抗氧化涂层，将大大拓展新型热防护材料的应用范围并大幅度提升材料的高温热-力学和抗烧蚀性能。本文根据基体Cf/Zr-B复合材料的性能特点，设计并成功制备了单层SiC涂层和ZrB2基复合涂层两种涂层体系，并对其微观组织、高温热物理和力学性能及高温氧化和烧蚀性能进行了系统研究。 利用包埋法和料浆法成功制备了SiC涂层，结果表明包埋法难以在高孔隙率的Cf/Zr-B复合材料上制备出均匀完整的SiC涂层；以B2O3·SiO2玻璃为粘结剂的料浆法可以制备出均匀、致密的SiC涂层，并且在1300℃温度下空气环境中氧化60min后，涂层规整无裂纹，内部基体材料保持完整，无被氧化迹象。 为了进一步提高涂层的耐温性，采用料浆法制备ZrB2基复合涂层，组分包括ZrB2、MoSi2和B2O3·SiO2玻璃。系统研究了各制备工艺参数对复合涂层组织结构和性能的影响，结果表明：一步烧结制备工艺可以避免多步烧结制备工艺引起的涂层分层现象；1400℃保温20min制备的涂层致密度高、与基体材料连接性好，1400℃氧化9h后增重5.00%，具有最优异的抗氧化性能；微氧气氛烧结的涂层可以缓和涂层与基体热失配引起的热应力，抗氧化性能优于有氧气氛烧结的涂层。 ZrB2基复合涂层处理后试样的压缩强度从1.25MPa提高到1.87MPa，经过1400℃氧化试验5h后，试样的压缩强度下降为1.17MPa，仍保持原试样93.6%的压缩强度；热冲击测试显示涂层在室温至1400℃热震测试9次后表现出良好的抗热震性能，涂层保持完整，内部基体材料未发现被氧化迹象；该涂层体系在在较大波段范围内具有较高的发射率，其中在2.5μm4.2μm、16.1μm25.0μm波段涂层具有大于0.8的高发射率；高频等离子电弧风洞试验表明：ZrB2基复合涂层可以在焓值19.8MJ/Kg，热流1.5MW/m2，时间为600s的极端环境中有效地保护基体材料，涂层具有优异的抗氧化性能，烧蚀后ZrB2基复合涂层外形保持完整，无裂纹和分层现象出现。

关键词： 陶瓷基复合材料   锆英石   氧化铝   氧化锆  

摘要： ZrSiO4材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等许多优良的性能,但陶瓷材料固有的脆性限制了它的广泛应用。颗粒补强锆英石基复相陶瓷因低成本、耐磨损和各向同性等特点而备受关注,其在耐火材料、超细粉体加工等方面具有广泛的应用前景。本文采用传统特种陶瓷的制备工艺和无压烧结方法,分别制备了 Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷、ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷和Al2O3/ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷,并分别对其烧结性能、相组成、力学性能、微观形貌和强韧化机理进行了探讨。另外,本文重点研究了 Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷制备过程中配料球磨时间、成型压力、烧结温度和烧结助剂等工艺因素对其性能的影响。采用阿基米德排水法测量了所制备复相陶瓷的烧结性能,通过三点抗弯法和SENB法对复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性进行了测试,通过X射线衍射仪和场发射扫描电镜分析了复相陶瓷的物相结构和微观形貌。研究所得结果如下:(1)所制备的Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷的增韧机制主要为裂纹偏转和微裂纹增韧,断裂方式为穿晶断裂,其抗弯强度和断裂韧性分别可达371MPa、3.4MPa·m1/2。其最佳制备工艺为:配料球磨时间为12h,成型压力为16MPa,无压烧结制度为1500℃/2h,烧结助剂为MgO-Y2O3(0.4wt%、0.7wt%)复合烧结助剂。(2)沿用Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷的制备工艺,在1500℃/2h烧结制度下制备了ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷,其增韧机制主要为相变增韧,断裂方式全部为穿晶断裂,其最佳抗弯强度和断裂韧性(ZrO2:30wt%)分别可达380MPa、4.8MPa·m1/2。(3)沿用Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷的制备工艺,在1460℃/2h烧结制度下制备了Al2O3/ZrO2/ZrSiO4复相陶瓷,其增韧机制主要为裂纹偏转、微裂纹增韧和相变增韧,断裂方式主要为穿晶断裂,其最佳抗弯强度和断裂韧性(Al2O3、ZrO2:10wt%、20wt%)分别可达 383MPa、4.4MPa·m1/2。

关键词： 透波材料   学科   隔热材料   陶瓷涂层   保温材料   绝缘材料   非氧化物   陶瓷基复合材料   陶瓷复合材料   陶瓷纤维   人造无机纤维   事业部   陶瓷缸套   氧化锆   锆化合物   设计院   工业陶瓷   山东   有限公司  

摘要： 山东工业陶瓷研究设计院有限公司新材料事业部,致力于先进陶瓷及其复合材料的新工艺和新技术的研究开发和工程化转化,搭建军民两用新材料的科研和生产基地,培育新业务、新产业,为公司产业提供技术支撑。新材料事业部下设四个学科、军品部、氧化物民品部、以及非氧化物民品部等七个实业部门。四个学科分别为防隔热材料、透波材料、特种陶瓷纤维以及特种陶瓷涂层.其中,防隔热材料学科主要开展超高温陶瓷基复合材料、刚性隔热材料、气凝胶隔热材料以及防隔热一体化材料等方向的研究,旨在为我国新型高超音速飞行器的内、外热防护系统提供材料支撑;透波材料学科重点围绕