碳化硅纤维增强铝复合材料疲劳性能及疲劳破坏机理研究

介绍了SiC/Al复合材料单向板和正交板试样的拉—拉疲劳特性和疲劳破坏机理研究结果。研究结果表明,SiC/Al板试样拉—拉循环5×10~4次后,其剩余静拉伸强度系数超过0.87,随着循环应力水平的提高,材料的剩余静拉伸强度几乎没有变化,但声发射信号的起始峰值向应变增大方向移动;疲劳将导致复合材料表面产生温升,通过测量材料表面温度的变化,可以提前预告SiC/Al复合材料的疲劳破坏。     

纤维混编CMC-SiC的残余热应力计算

将SiC纤维引入到C/PyC/SiC中,有望减少因C纤维与SiC基体热膨胀系数不匹配而导致的基体残余热应力。研究了C纤维和SiC纤维混编方式和混编比例对复合材料残余热应力的影响规律。采用有限元法建模、计算了纤维混编接触分布和相间分布复合材料的残余热应力,结果表明:(1)与C/PyC/SiC比,C纤维和SiC纤维混编增强SiC基复合材料可减少SiC基体的残余拉应力;(2)相同混编比例时,纤维混编接触分布((x C-y SiC)/PyC/SiC)复合材料的基体轴向残余应力比纤维混编相间分布((x C×y SiC)/PyC/SiC)复合材料基体的小;(3)以纤维混编接触分布为例,SiC基体的轴向残余应力随混编复合材料中SiC纤维的增加而减小,但当C纤维和SiC纤维的混编比例由1∶2变为1∶4时,基体的轴向残余热应力仅从174 MPa下降到170 MPa。     

碳化硅纤维／铝复合材料截锥壳体工艺和性能研究

介绍了碳化硅纤维/铝复合材料截锥壳体工艺和性能研究。用预制丝铺排、缠绕、热压扩散结合及二次加工,获得了合格的、中等尺寸的碳化硅/铝截锥壳体构件.经无损检测证明构件结合质量良好,该构件还具有优良的耐腐蚀性能.这种工艺方法可推广应用于制造较大型、异型金属基复合材料宇航结构件.     

航天铝基复合材料零部件超精密加工技术研究

针对航天高碳化硅铝基复合材料零部件采用聚晶金刚石PCD刀具进行了超精密车削加工试验，用原子力显微镜AFM和扫描电子显微镜对其进行了检测，分析了零部件表面粗糙度值的大小及影响因素、SiCw变形破坏机理、已加工表面微观结构及加工变质层特性。结果表明，超精密车削高碳化硅铝基复合材料零部件可以获得超精密级加工表面（如Ra11．5nm）；超精密车削过程中SiC，存在着三种主要变形破坏机理：直接剪断型、拔出型和压入型，且以直接剪断型为主。直接剪断的SiCw对表面粗糙度值影响最小，而后二者是影响表面粗糙度值达到超精密级的主要障碍；超精密加工零部件表面仍会产生很薄的加工变质层。     

碳纤维复合材料贮箱内压和低温承载行为研究

碳纤维增强聚合物复合材料具有轻质高强的优异特性,是液氢液氧燃料贮箱的理想材料。然而液氢液氧燃料贮箱在服役时要承受极低温度载荷,复合材料贮箱箱体的低温结构可靠性尚未可知。开展了碳纤维/环氧复合材料缠绕贮箱结构在温度和内压载荷下的变形及损伤研究,分别进行了常温/低温抗渗漏测试,结合应变测量、声发射监测、氦质谱检漏等方法分别研究了内压以及低温工况对复合材料贮箱的应变分布及损伤泄漏状态影响机制。研究结果表明,封头与圆筒区域交界处易产生应变集中,低温载荷导致复合材料局部小幅度基体损伤及纤维/基体界面脱粘,但并未影响贮箱箱体承压性能和气密性。本研究可为未来大型航天器减质设计提供参考。     

SiC／Al复合材料的电阻率

探讨了用电阻法测量SiC/Al复合材料中纤维体积分数的可能性。同时,还研究了该复合材料经不同温度下处理后电阻率的变化。结果表明,只要将实测SiC/Al复合材料的电阻率乘以0.95,用电阻法确定其纤维体积分数是可行的。在873K以下处理SiC/Al复合材料后其电阻率无明显变化。在873K以上处理后其电阻率明显升高,表明用电阻法分析和判断SiC/Al复合材料中的界面反应是可能的。     

碳化硅对高速电弧放电加工SiC/Al的性能影响

为研究SiC颗粒对高速电弧放电加工的影响机理,基于高速电弧放电加工(BEAM),对体积分数20%,50%的碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiC/Al)进行了加工对比研究。基于Minitab软件设计了4因子(体积分数、峰值电流、脉冲宽度和脉冲间隔)2水平(低水平和高水平)的部分析因试验,用高速电弧放电加工专用机床研究了不同加工条件下SiC/Al的材料去除率、工具损耗率和表面质量。结果发现在相同加工参数下,体积分数20%,50%的SiC/Al表现出差距悬殊的加工特性,20%的SiC/Al加工效率远高于50%的SiC/Al,且前者的电极损耗率远低于后者,表明SiC体积分数是高速电弧放电加工SiC/Al性能的主导影响因子之一。通过测试及分析,认为SiC区别于基体材料的热传导特性是导致不同体积分数下的SiC/Al表现出不同加工特性的主要原因。     

C／SiC陶瓷复合材料推力室的制备与性能表征

采用"化学气相渗透法 聚合物先驱体浸渍裂解法"(CVI PIP)混合工艺制备出连续炭纤维增强碳化硅陶瓷复合材料(3D C/SiC)推力室,综合考察了复合材料的机械性能、微观结构和气密性能,以及姿控、轨控发动机环境试验考核.结果表明,"CVI PIP"混合工艺制备C/SiC复合材料不仅工艺周期缩短,而且材料性能优异.复合材料密度达2.1 g/cm3,室温弯曲强度和断裂韧性(KIC)分别达到520 MPa和17.9 MPa·m1/2;而且断裂破坏行为呈现典型的韧性模式.C/SiC复合材料推力室的高温气密性、抗氧化和抗烧蚀性能通过了双燃料液体发动机试验考核.     

化学气相渗透法制备碳化硅陶瓷复合材料

综述了化学气相渗透法制备连续纤维增强碳化硅陶瓷复合材料的过程，以及碳化硅陶瓷复合材料的性能及应用。     

纤维缠绕壳体水压试验的声发射技术

本文阐述了声发射技术的特点、主要参数及其对损伤缺陷的鉴别。利用声发射技术监测了纤维缠绕壳体水压试验过程。分析了随着水压增加从基体开裂、层间分层及纤维断裂到最终破坏与声发射信号的关系；研究了水压过程中出现的两次声发射峰所对应的压强与壳体爆破压强的关系。     

C/SiC复合材料热辐射性能研究

利用稳态量热计法和傅里叶红外光谱仪分别测定了C/SiC复合材料在90℃时的半球向总发射率和室温法向光谱反射率.研究了纤维预制体编织方式、涂层厚度及表面形貌对C/SiC复合材料热辐射性能的影响.结果表明,3D C/SiC复合材料的热辐射性能优于2D C/SiC.2D C/SiC的总发射率为0.78,3D C/SiC达到0.82;SiC涂层厚度对C/SiC复合材料的热辐射性能影响很大,随着SiC涂层厚度的增加,C/SiC总发射率先降低后上升,最高值可达0.85;表面抛光后C/SiC复合材料热辐射性能有所下降,2D和3D C/SiC总发射率分别为0.74和0.75.     

SiC/MoSi2复合材料的磨损性能及磨损机理研究

采用扫描电镜和能谱仪观察并测定了SiC/MoSi2复合材料与CrWMn钢对磨试样的磨损表面、磨屑形貌及磨屑成分,研究了SiC/MoSi2复合材料与CrWMn钢摩擦副的干摩擦磨损性能和磨损机理。研究结果表明,第二相SiC的引入对MoSi2的磨损行为具有显著影响,改变了MoSi2的磨损过程,SiC/MoSi2复合材料的耐磨性较纯MoSi2大为提高;SiC/MoSi2复合材料与CrWMn钢摩擦副的主要磨损机制为氧化磨损,并伴有轻微粘着磨损。     

界面改性对混杂基C/SiC复合材料性能的影响

通过界面设计与实验研究,对C/SiC材料进行C/SiC/C多层涂层界面处理,实现了保护纤维和提高复合材料韧性及调节机械性能的多重目的.同时还研究了界面涂层前后纤维表面处理对复合材料性能的影响,结果表明,对增强体进行界面涂层处理和"酸处理",适当强化弱界面,起到了提高复合材料高温强度保留率和增韧的目的,酸处理+CVD-C/SiC/C界面涂层的C/SiC 复合材料的高温强度保留率达到90%;进行了C/SiC/C界面涂层的C/SiC 复合材料的断裂韧性高达20.72 MPa·m1/2,较未进行界面涂层的C/SiC 复合材料的断裂韧性提高了31.8%.     

混杂纤维增韧SiC基复合材料的强度分布

以采用化学气相渗透法(CVI)制备的SiC纤维和C纤维混杂增韧SiC基复合材料((SiC-C)/SiC)的弯曲强度数据为依据,以Weibull分布为假设,采用图解法结合逐步回归优选法进行参数估计,并采用Kolmogorov-Smirnov法对(SiC-C)/SiC复合材料的强度分布进行假设检验。结果表明,(SiC-C)/SiC复合材料的强度统计服从Weibull分布。依据获得Weibull分布函数预测(SiC-C)/SiC的强度值与实验值偏差仅为0.19%,复合材料强度可靠性较好。     

氧化铝短纤维增强ZL109铝合金复合材料的组织与性能的研究

本文以氧化铝短纤维为增强体,用挤压铸造技术制备了氧化铝/铝合金复合材料。研究了复合材料的组织与性能。研究结果表明,纤维在复合材料中分布均匀,与基体结合良好;氧化铝纤维有利于铝硅合金中硅相的非均质成核;和基体合金相比,复合材料具有更高的常温及高温强度、硬度和良好的耐磨性能,是一种性能优异的金属基复合材料。     

纤维表面处理对单向C/SiC复合材料拉伸强度的影响

为改善纤维与基体的界面结合状态,提高C/SiC复合材料力学性能,对炭纤维采用1800℃高温处理、CVI沉积热解炭以及两者联合作用3种方法进行纤维表面处理,研究了表面处理对C/SiC单向复合材料力学性能的影响。结果表明,经过1800℃处理后的纤维表面粗糙度变大,表面沟槽加深,复合材料的拉伸强度是未经表面处理纤维复合材料拉伸强度的2.4倍;纤维表面沉积热解炭后表面粗糙度减弱,其拉伸强度是未经表面处理纤维复合材料的3.1倍;两者联合作用时纤维表面光滑,拉伸强度最高,达708 MPa。     

纤维增韧陶瓷基复合材料的比例极限应力与残余热应力关系

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。     

声发射在纤维增强塑料方面的应用

声发射法是探测固体中产生裂纹、变形等局部细观变化的有力手段,作为一种工业技术已经进行了十多年的研究,其应用范围正在扩大。过去用于金属材料和岩石等,现在已遍及纤维增强塑料、增强金属等复合材料以及陶瓷、塑料等许多方面。在纤维增强塑料中,多数纤维以不同方向且不连续地存在于基体中,因此采用射线穿透法及超声反射法探伤容易产生问题。而声发射法是检测动态破坏过程的出色的无损检测方法,在检测材料内部产生破坏现象方面可发挥很大的威力。据资料报导,声发射法,     

碳化硅铝基复合材料的应用与加工

文中就近年来国内外对碳化硅铝基复合材料的研究、应用和加工进行综述,并就碳化硅铝基复合材料在中国航天仪器产品上的应用、测试状况进行了分析。主要内容包括:碳化硅铝基复合材料的制备、材料性能的对比分析、力学试验内容和结果、热平衡试验分析。并详细地介绍了这种材料的机械加工和热处理方法。此外还结合国外对碳化硅铝基复合材料的研究应用现状,提出了这种材料在中国航空航天高科技领域应用发展前景的看法。     

轻型高强Al-Si/SiC复合材料反射镜的制备与性能

文章采用反应烧结工艺制备 Si/SiC 材料,然后通过真空扩散渗铝工艺制备了 Al-Si/SiC 复合材料。通过精确调控浸渗合金的铝浓度使制备的Al-Si/SiC复合材料具有可控的热膨胀系数,利用该工艺制备出热膨胀系数连续可调（4.6×10-6K-1~8.7×10-6K-1,0~40℃）的 Al-Si/SiC 复合材料,其力学性能优异,经检测密度为2.86g/cm3,弹性模量为236GPa,断裂韧性为6.1MPa＆#183;m1/2,可采用线切割、铣磨、钻孔、攻丝等手段加工,相比SiC陶瓷材料更易于高精度机械加工。扫描电子显微镜分析表明,制备的Al-Si/SiC复合材料均匀、致密,光学抛光后表面粗糙度均方根值达到1.017 nm。各项测试数据表明, Al-Si/SiC复合材料作为反射镜可以满足空间光学的应用。