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。     

碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力评估方法研究现状

在碳纤维增强树脂基复合材料设计及制备阶段，对成型过程残余应力进行准确的测试、评估，可为结构优化、工艺参数制定、模具参数选择等提供理论依据，也为后续应用阶段残余应力对复合材料构件性能结构稳定性影响研究提供基础。文中概述了碳纤维增强树脂基复合材料固化残余应力的形成机制，介绍了测试方法以及仿真模拟的原理、特点及在碳纤维增强树脂基复合材料残余应力评估中的应用，对仿真所需的主要性能参数的数值、测试方法进行了总结，基于仿真方法的多种优势，认为该方法为残余应力评估重点发展方向，提出该方法未来的研究重点，为进一步优化热物理、力学等性能时变特性模型，提高仿真模型的准确性，并将性能测试方法标准化；建立各类树脂、纤维仿真数据库；进行各类型复合材料构件的残余应力仿真结果准确度的验证研究。     

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。     

纤维增强陶瓷基复合材料中纤维增韧分析模型

对于单向纤维增强陶瓷基复合材料，在考虑纤维桥联和纤维拔出两种主要增韧机理的基础上，建立了研究紧凑拉伸试样断裂行为的理论模型，并利用该模型计算了裂纹扩展的Ｒ－阻力曲线和载荷／位移曲线，计算结果表明：由于纤维桥联与拔出，使得Ｒ－曲线和载荷／位移曲线呈现明显的非线性行为，纤维桥联是主要增韧机制。体积分数５０％ＳｉＣ１／ＬＡＳ复合材料断裂韧性的计算值与实验值吻合。     

耐高温纤维增强陶瓷基复合材料

本文综述了国外陶瓷纤维和基体的发展状况,并对纤维增强的陶瓷基复合材料的力学性能进行了介绍,描述了陶瓷基复合材料在航空、航天工业方面的应用前景.最后针对我国的研究现状,作者提出了加强纤维增强陶瓷基复合材料研究工作的几点建议.     

等参化FVDAM在复合材料湿热应力分析中的应用

在等参化有限元体积直接平均法（FVDAM）中引入等效湿胀系数,建立了复合材料湿热耦合的细观应力场分析模型。计算了湿热环境中不同纤维体积含量和湿含量复合材料的细观应力场。结果表明：湿热环境中复合材料界面径向应力最大值发生于纤维密集区的相邻纤维间的界面处,最小值出现在基体富区;初始吸湿对热残余应力有释放作用,最终吸湿的影响将超过热残余应力,界面应力状态也随之改变。计算所得细观应力场与有限元（FEM）法有较好的一致性。     

三维连通网状SiC/Zr基非晶复合材料的组织与性能

以多孔SiC陶瓷为增强体,采用压力-浸渗-快凝法制备了三维连通网状SiC增强Zr基非晶复合材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDXA)研究了预制体和复合材料的相组成和原始显微组织、界面形貌及断口形貌,探讨了网络结构陶瓷预制体的特性对复合材料组织的影响,以及复合材料中的界面对其力学性能的影响。结果表明,陶瓷预制体与Zr非晶复合后形成了具有双连续相的网络交叉结构,复合材料中陶瓷与非晶合金的界面处存在增强体成分Si与基体成分Zr之间相互扩散的扩散层,该扩散层厚度为1μm左右,界面结合机制主要为扩散结合和机械结合,适中的界面强度兼顾了复合材料的强度和韧性;增强体的断裂是复合材料断裂的主要机制,非晶合金发生粘性流动,在裂纹的扩展中起到了桥接的作用。     

SiC对C/C-ZrC-SiC复合材料的微观形貌、烧蚀及热物理性能的影响

为了研究SiC及其前驱体聚碳硅烷对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的C/C-ZrC-SiC复合材料的影响,本文以聚碳硅烷和有机锆分别为SiC和ZrC的前驱体,利用PIP法制备了C/C-ZrC和C/C-ZrC-SiC两组复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料的微观结构进行分析,在氧乙炔环境下考核了复合材料的抗烧蚀性能,并选用热分析仪对两组材料的热物理性能进行对比分析。结果表明,聚碳硅烷因其较高的SiC产率可以提高C/C-ZrC-SiC复合材料中陶瓷基体的致密程度,其产物SiC改善了陶瓷基体与碳基体的界面结合状态。氧乙炔烧蚀120 s后,与C/C-ZrC相比,SiC的加入使C/C-ZrC-SiC表现出更优异的抗烧蚀性能,主要归功于烧蚀中心表面熔融ZrO_2保护层和烧蚀边缘致密SiO_2层的形成。此外,SiC有利于提高材料的导热性能,同时降低其热膨胀系数。     

C/C复合材料微观尺度烧蚀过程质量损失速率模拟

基于水平集算法,耦合扩散方程建立了C/C复合材料在微观尺度下的2D轴对称烧蚀模型,计算了C/C复合材料的微观形貌演变过程,并将形貌演变至稳态的计算结果与C/C复合材料实际烧蚀后的微观形貌进行了对比,二者吻合较好,验证了该模型的可靠性。进而分析了气体扩散和非均匀氧化反应对纤维和基体的相对质量损失速率的影响规律。研究表明,随着Sherwood数Sh的降低纤维的质量损失速率会迅速增大,基体的相对质量损失速率会迅速降低,二者均在烧蚀形貌达到稳态前稳定;纤维和基体的相对质量损失速率达到稳态所需时间随反应速率比A的增大而增大。     

Cf/SiC陶瓷基复合材料车削加工工艺研究

为满足高性能、轻质化的设计要求,开展了Cf/SiC基复合材料一金属连接工艺试验件的试验工作,阐述了Cf/SiC陶瓷基复合材料喷管车削加工难点和解决方案.理论分析和试验验证表明,通过选择合理的机械加工方法、人造金刚石聚晶车刀及冷却润滑方法,采用合适的切削用量和刀具几何参数,能够实现陶瓷基复合材料喷管连接部位的车削加工,保...     

一种典型C/SiC构型件的热噪声适应性试验研究

航天器结构用新型C/SiC复合材料在飞行过程中会承受气动加热和噪声复合环境,容易出现疲劳破坏,需要进行地面热噪声试验考核。针对一种典型的C/SiC蒙皮骨架构型件,利用行波管开展热噪声试验研究,对试验件、试验装置和试验方法等进行介绍。利用试验获得的有效数据揭示热噪声复合环境下该C/SiC构型件的失效模式,验证其热噪声环境适应性。     

单向碳／碳复合材料的蠕变内应力

用应力降落法测定单向ＰＡＮ基碳纤维Ｔ３００增加热碳基复合材料在１９００－２３５０℃蠕变内应力σ０，结果及分析表明，对单向Ｃ／Ｃ复合材料，σ０不是一个材料常数，而是温度Ｔ、初始力σｓ及结构因子Ｓ的函数，即σ０＝σ０（ｔ，σｓ，Ｓ）。     

ZrB2-SiC复合陶瓷双尺度热应力分析

基于双尺度渐近分析方法,对ZrB2-SiC陶瓷的细观热应力场进行数值模拟,研究了SiC夹杂的含量、颗粒尺寸和中心距对细观ZrB2-SiC陶瓷单胞热应力场分布的影响。结果发现：在ZrB2-SiC陶瓷材料制备冷却过程中,SiC含量越高,材料越易产生微裂纹;当夹杂含量一定时,SiC夹杂颗粒的尺寸越大或夹杂颗粒间的中心距越小,材料越易产生微裂纹。数值计算结果与扫描电镜（SEM）照片吻合。     

SiCp/Al复合材料的Fe11+离子辐照实验研究

为了解辐照对航天电子元器件封装基板复合材料SiC_p/Al的影响，利用3 MeV Fe11+束流进行了不同注量下的辐照实验。辐照完成后，利用X射线衍射（XRD）仪和纳米压痕仪对材料进行表征分析。XRD分析表明，Fe11+离子入射后材料辐照层应力发生了变化。结合对应的理论模型，对铝基体的位错密度进行计算，发现辐照后铝基体的位错密度增加，SiC颗粒产生非晶化。纳米压痕测试表明，随着离子注量增加，材料辐照硬化程度增加。综上，辐照硬化可能是由于铝合金基体的应力变化导致产生局部高密度位错区，而这些区域阻碍了后续位错的运动，进而导致位错聚集，最终使得材料硬度增加。     

异形构件化学气相沉积SiC涂层的数值模拟

根据化学气相沉积(CVD)工艺制备SiC陶瓷涂层的工艺特点和典型异形构件的结构特点,建立了异形构件表面化学气相沉积SiC涂层的数学模型。利用该模型,对CVD法在典型异形表面制备SiC涂层进行了数值计算和分析。计算结果显示,带有斜面的构件对CVD SiC沉积过程有显著影响,在反应器大小允许的情况下,构件放置时,斜面与水平面的夹角越小越好,并尽可能将构件长的一面与水平面平行,这样有利于沉积的涂层均匀。此外,对于带有台阶的构件来说,正放的构件表面浓度大于倒放的构件,而浓度梯度则小于倒放的构件。因此,在实际应用中,应尽量使台阶部分放在气流的下游。上述研究结果对CVD工艺制备SiC涂层的优化具有一定的指导意义。     

改性先驱体制备C/SiC复合材料性能研究

采用交联剂对聚碳硅烷(PCS)先驱体进行改性,以改性先驱体配置溶液制备了C/SiC复合材料。在制备过程中,由于改性先驱体较高的陶瓷产率,缩短了复合材料基体致密化周期,气孔率降低到7.2%,密度提升到2.01 g/m~3。在改善试样显微结构的同时,改性先驱体能够明显提升C/SiC复合材料力学性能,弯曲强度提高到459.4 MPa,断裂韧性提升到13.6MPa·m~(1/2),相比单组分PCS先驱体分别提高了51.9%和32.0%。烧蚀性能考核表明,试样的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为8.3×10~(-3) mm/s和4.3×10~(-3) g/s,相比单组分PCS制备的试样分别降低了85.7%和73.1%。通过对试样内部显微结构和考核后形貌进行分析,结果表明试样力学和烧蚀性能的提升主要得益于致密化的基体以及基体对纤维很好的保护作用。     

纤维增强复合材料的界面裂纹分析

用界面裂纹接触区模型模拟界面缺陷，分析了碳纤维增强碳化硅复合材料界面裂纹尖端应力场的奇异性。由数值求解方法推导得出，减小界面缺陷尺寸或增加纤维与基体的弹性模量比，可以使该复合材料剪应力强度因子的水平值明显提高。实验结果证明了理论推导的正确性。