7075Al/SiCp复合材料热压缩变形的研究

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上对7075Al／SiCp复合材料进行高温压缩变形实验，变形温度为300-500℃，应变速率为0．001-1s^-1。结果表明：7075Al／SiCp复合材料的流变应力大小受变形温度和应变速率的强烈影响，流变应力随应变的增加而逐渐增加，出现一峰值后逐渐下降；流变应力随变形温度的升高，应变速率的降低而降低。可用Zener—Hollomon参数的双曲正弦形式来描述7075Al／SiCp复合材料高温压缩变形流变应力，其变形激活能Q为279．659KJ/mol。     

预处理SiC颗粒在ZA-27合金中的分散润湿过程和界面反应模型

用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）并应用搅熔铸造工艺研究了预处理过的SiC颗粒在加镁ZA－27合金中的卷入，分散和润湿过程，在低温搅拌（470℃）时，预处理过的SiC颗粒首先呈较大尺寸团聚体被卷入ZA－27合金半固态浆料中，随后在搅拌剪切力的作用下SiC团聚体逐渐变小，且由于发生了存在于SiC表面的SiO2与由于加Mg而降低表面能的合金液间的润湿，并在旋涡能的促进下，SiC能呈单粒状分散在熔体中，在高温（550℃）搅拌时，由于SiO2与合金液中的活性原子Mg 和Al等发生界面反应，促进了SiO2与合金液间的进一步润湿，随后SiC能与合金液发生非反应润湿的主要原因是界面反应提供了无气洁净的SiC表面，结合电镜观察和热力学计算及动力学分析，确认界面反应产物是尖晶石，探讨了搅拌时界面反应的过程并建立了反应润湿的模型，得出SiC表面的残余SiO百X与反应时间t成线性关系，即X＝L－DKVmt。     

氧在熔融SiO2中扩散的分子动力学模拟

在高温干燥的氧气环境中,SiC材料将氧化生成SiO₂氧化膜,影响材料性能。SiO₂在SiC上的生长由氧气通过氧化物的扩散控制。由于温度条件限制,传统实验方法很难测定氧气在高温氧化物中的扩散。本文采用分子动力学研究不同温度下氧在熔融SiO₂中的扩散行为。基于Morse、L-J等势函数及其参数,模拟了高温下的无定形SiO₂结构,计算获得了氧在950、1 100、1 200、1 300及1 400 ℃温度下的均方位移曲线及扩散系数,分析了温度对气体扩散的影响作用,拟合了温度相关的Arrhenius公式。研究结果可为SiC基及其复合材料的氧化行为研究提供参考。     

考虑材料初始损伤随机特性的C/SiC蠕变寿命估计

C/SiC复合材料作为航空发动机材料,长期服役于高温氧化环境,蠕变断裂是其主要失效形式。材料蠕变行为和材料内部结构有很大关系,由于复合材料存在初始缺陷,在服役时会导致氧化气氛扩散,造成材料蠕变断裂失效。但是,由于复合材料制备工艺的不稳定性,每个试件存在差异较大的初始损伤,在C/SiC蠕变断裂寿命估计时应该充分考虑初始损伤不确定性给材料带来的随机特性。本文通过统计学分析和蠕变损伤机理结合,在C/SiC高温蠕变实验的基础上,以位移作为主控变量,研究蠕变位移规律,建立了考虑材料随机特性的C/SiC蠕变寿命估计模型。     

粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料导热性能的研究

采用粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料,研究金刚石颗粒体积分数、烧结温度对复合材料导热性能的影响。利用扫描电镜观察金刚石/铝复合材料组织形貌,采用阿基米德排水法和热导仪测试金刚石/铝复合材料的致密度及热导率。研究结果表明:当烧结温度为875℃,金刚石/铝复合材料组织致密,颗粒分布均匀。随烧结温度的升高,金刚石/铝复合材料热导率呈先增加后降低的趋势,当金刚石体积分数为20%,烧结温度为875℃,其热导率最高为243 W/(m·K)。     

碳纤维增强碳化硅基复合材料的低温铣削研究（英文）

碳纤维增强碳化硅基复合材料(C_f/SiC复合材料)是航空航天高端装备热端构建最具潜力的新型高温结构材料,但是其干切削存在切削温度高、刀具磨损快和加工损伤严重等问题。本文研究了C_f/SiC复合材料的液氮低温铣削特性,并开展了低温切削和干切削的对比试验研究。阐明了铣削用量和低温介质对切削温度、切削力、加工表面质量和刀具磨损的影响规律。结果表明,液氮低温铣削C_f/SiC复合材料的切削温度比干切削降低了40%—60%;低温铣削中,随着铣削用量的增加,切削力逐渐升高;低温铣削的加工表面质量优于干切削。C_f/SiC复合材料的去除机理主要包括纤维断裂、基体破坏和纤维与基体脱黏等。PCD铣刀的主要失效形式是后刀面磨损,液氮低温铣削中低温阻碍了PCD铣刀中粘结剂Co软化和金刚石相变,因此刀具寿命得到提高。     

高温真空绝热板的制备及性能研究

根据真空绝热原理提出一种可在高温环境下使用的新型高温真空绝热板(High-temperature vacuum insulation panel,HT-VIP)。在多孔碳化硅泡沫芯材表面包覆多层碳纤维布,通过化学气相渗透(Chemical vapor infiltration,CVI)热解碳的方法对外壳碳纤维体进行增密,然后采用聚合物浸渍裂解(Polymer infiltration and pyrolysis,PIP)工艺制备玻璃碳对材料进行致密化处理,最后采用低压化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)工艺沉积SiC涂层对材料进行封装,制备出一种具有耐高温、密度低、强度高、低导热以及抗热冲击的新型高温真空绝热复合材料。制备的致密碳纤维增强复合材料,材料内部为真空状态,材料密度为0.81g/cm3,抗压强度为8.75 MPa。当温度为100~900℃时,高温VIP有效热导热系数从0.20 W/mK逐渐增加到1.16 W/mK,比C/C和C/SiC复合材料低一个数量级。     

钛合金表面多孔TiO2制备及涂层结合强度改进

为了提高钛合金基体与Fe(吸波剂)/环氧涂层的结合强度,采用微弧氧化在钛合金表面制备一定厚度的二氧化钛多孔膜,之后浸涂Fe/环氧树脂涂料。分别研究了微弧氧化中电流、时间等实验参数对钛合金表面形貌和涂层结合强度的影响,并对所制备的氧化多孔膜在拉伸前后进行扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明:多孔TiO2膜的孔径随电流增大而减小,孔密度随电流增大而增大,随时间增加孔径增大,但时间不宜太长,涂层的结合强度随电流以及时间的增大都是先增大后减小,在3 A,4 min时达到最佳值33.62 MPa。     

SiCp／Al电子封装复合材料预制坯的制备

文章研究了粘结剂的含量、成型压力和烧结工艺对SiCp预制坯性能的影响规律,结果表明:随着粘结剂含量的增加,预制坯中SiC颗粒的体积分数越来越小,抗压强度在粘结剂含量为30%时达到最大,随后缓慢下降;成形压力在10-25MPa之间时,随着成型压力的增大,预制坯中SiC颗粒的体积分数越来越大,其抗压强度也越来越大;在800℃以下烧结时,随着烧结温度的提高,预制坯中SiC颗粒的体积分数变得越来越小,但在800℃以后没有明显的变化,预制坯的抗压强度随着烧结温度的提高而增大,在1100℃时,效果最好。     

Ti6Al4V钛合金表面羟基磷灰石陶瓷膜的制备

Ti6Al4V钛合金在不同钙磷浓度电解液体系中进行微弧氧化制得氧化膜,并进行水热处理。采用SEM观察微弧氧化膜微观形貌,使用EDS、XRD分析膜层成分和相组成。结果表明:电解液中钙磷浓度直接影响其在膜层中的含量,且钙离子主要靠扩散作用进入膜层,而磷离子靠电迁移进入膜层;微弧氧化膜中的钙盐、磷盐水热处理后转化成具有生物活性的羟基磷灰石,但处理温度过高,会出现晶粒粗大,适宜的水热处理工艺是200℃水热处理12小时。     

高温下泡沫夹芯材料Ⅰ/Ⅱ混合型界面断裂特性试验（英文）

泡沫芯夹层材料以其轻质、高强、耐腐蚀等优点在土木工程中得到了广泛的应用。然而,泡沫芯夹层材料的界面结合强度在高温下有所减弱。在实际应用中,由于复合材料和泡沫材料对环境温度的变化非常敏感,高温的影响是不可忽视的。在本研究中,通过一系列单臂弯曲梁在不同温度下的试验来评估高温对泡沫芯夹层材料Ⅰ/Ⅱ型混合界面断裂的影响。温度范围为29～90℃,覆盖了复合材料和泡沫芯的玻璃化转变温度。总结了Ⅰ/Ⅱ型混合界面裂纹扩展及其相应的界面应变能释放速率。     

高比例SiCp/Al复合材料热膨胀系数的研究

通过无压渗透法工艺 ,选用不同颗粒度 ( 70 #,10 0 #,15 0 #,180 #) ,不同颗粒形状 (不规则多边形 ,近球形 )的SiC ,制备了不同基体材料 (纯铝 ,ZL10 1,ZL3 0 1)的复合材料试样 ,并用云栅干涉法对各试样的膨胀系数进行了测定。结果表明 :SiCp Al的膨胀系数随颗粒尺寸的增大而下降 ,近球形颗粒增强复合材料的膨胀系数比不规则多边形要小 ,不同基体材料的复合材料的膨胀系数按着ZL10 1,纯铝 ,ZL3 0 1的顺序增大     

3D C/C复合材料超高温剪切性能试验研究

C/C复合材料同时结合了纤维增强复合材料高性能、可设计性和碳素材料优异的高温性能和化学稳定性等优点，广泛地应用于固体火箭发动机喷管、高速飞行器头部与翼前缘等热端部件。怎样正确评价C/C复合材料的超高温力学性能，成为了其能否合理使用的关键因素之一。本文将基于C/C复合材料良好导电特性的试样直接通电加热技术与复合材料双切口压缩剪切试验技术（DNS）相结合，提出了一种可用于温度达3000℃的材料超高温剪切性能试验方法。利用该方法完成了3D C/C复合材料室温～2800℃温度范围的剪切性能试验研究，红外热像仪测试结果显示在试样标距区内温度场分布较均匀，全场应变测试系统测试结果显示在试样标距区内应变分布较均匀，室温下双边切口压缩试验方法与Iosipescu试验方法测试剪切强度具有好的一致性，该方法适用于C/C复合材料超高温剪切性能试验研究。3DC/C复合材料具有显著的剪切非线性，剪切强度在一定温度范围内随温度的升高而增加，在2400℃左右达到最大值，而后随温度增高而降低；材料的主要破坏模式为薄弱面的宏观裂纹扩展、纤维束剪切破坏与拔出。     

温度变化时组元参数对SiCp/Al复合材料尺寸稳定性的影响

研究了不同组元参数在25~400℃温度波动范围内对SiCp/Al复合材料尺寸稳定性的影响。实验结果表明,增强体颗粒尺寸越大,尺寸稳定性越好;铝基体中合金元素及合金元素含量的不同对复合材料尺寸稳定性的影响均不同,在A1-Mg基与A1-Si基复合材料中,其抵抗温度变化的尺寸稳定性都随着合金元素(Mg、Si)含量的提高而提高;在本研究中,Al-Mg基复合材料抵抗温度单程变化的尺寸稳定性最好,三元基体复合材料(Al-Mg-Cu)在抵抗温度波动时有较好的尺寸稳定性。     

原位反应制备Al_2O_3弥散强化ZrO_2基复合陶瓷

为降低氧化锆基陶瓷烧结温度和提高其力学性能,在氧化锆中加入不同含量的纳米铝粉并采用在不同微波烧结温度使铝发生原位反应生成氧化铝弥散强化氧化锆基体的方法制备了Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷。通过XRD物相分析、SEM显微结构观察和力学性能等测试,得到了纳米铝粉含量和微波烧结温度对Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷力学性能和显微结构的影响规律。结果表明:ZrO_2基复合陶瓷素坯较适合的排塑温度为400℃。在保温时间30 min条件下,纯ZrO_2陶瓷和Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷的较佳微波烧结温度为1 350℃。纳米铝粉添加体积含量为0.5%的Al_2O_3/ZrO_2复合陶瓷具有较佳的综合性能,其致密度为98.56%,硬度为14.92 GPa,抗弯强度为607.07 MPa,断裂韧性为15.09 MPa·m~(1/2),抗弯强度和断裂韧性分别提高了10.46%和16.62%。     

气动加热影响下的液氧储罐内温度分层与相变特性仿真分析

采用三维模型数值模拟液氧储箱预增压上升过程,对液氧相变特征以及温度分层发展规律进行了分析。从计算结果可以看出:在气动加热影响下,气液界面液氧蒸发速率在0.012 6kg/s附近振荡;近壁面液氧沸腾速率随时间变化规律与外界漏热量一致,整个过程相变速率平均值为0.086kg/s。随着高温增压气体通过散流器喷射进入气枕空间,液氧温度分层逐渐明显,温度不断升高,预增压183s气液界面处液氧温度从89.51K升高至93.61K,平均温升速率0.022K/s。     

Al2TiO5/Al2O3复合材料的制备及其力学性能

采用正交实验的方法研究了MgTi2O5和Fe2TiO5复合添加剂对Al2TiO5/Al2O3复合材料力学性能的影响。实验得出在Al2TiO5中添加5mol%的MgTi2O5和1mol%的Fe2TiO5复合添加剂时,Al2TiO5与Al2O3合成的Al2TiO5/Al2O3复合材料具有最佳的力学性能。在此基础上制备了Al2O3体积百分含量为10%、20%、40%、60%、80%、90%的Al2TiO5/Al2O3复合材料,并且研究了复合材料的微观结构;Al2TiO5/Al2O3复合材料的烧结致密度、强度与弹性模量随Al2O3体积百分含量的增大而增大。Al2O3体积百分含最从10%增加到90%时,复合材料的三点抗弯强度从16.25Mpa上升至272.05Mpa     

退火对Ti-6Al-4V表面MA法制备Al-FeCoNiCrAl高熵合金复合涂层的组织及性能研究（英文）

采用机械合金化法在TC4钛合金基体上成功制备了均匀致密的Al-FeCoNiCrAl高熵合金复合涂层,研究了退火对复合涂层物相组成和性能的影响,建立起退火温度与复合涂层物相演变和性能之间的内在关系。结果表明:涂层厚度随着球磨时间增加先增加后减小,并且涂层硬度随着球磨时间增加而增加。涂层的物相随退火温度变化而变化,复合涂层为BCC相,550℃退火2 h后涂层中生成了L1_2相,σ相和(Ni,Co)_3Al_4。750℃退火后涂层中生成有序BCC相。1 050℃退火后涂层中仅存BCC相和有序BCC相。在550℃和750℃退火后涂层的硬度略微升高,1 050℃退火后涂层硬度降低。     

T300/648复合材料湿热老化机理研究

为分析T300/648复合材料在贮存环境下服役的可靠性,选取71℃,RH70%、71℃,RH85%、85℃,RH70%、85℃,RH85%四组不同温度与湿度条件对T300/648复合材料进行加速湿热老化试验,并研究了老化后材料的化学结构、断口的微观形貌以及力学性能变化。研究表明,T300/648复合材料在湿热老化后材料的整体化学结构未发生变化,材料内部基体与纤维间界面脱粘显示材料的均匀性已经破坏。与界面及基体相关的力学性能均发生退化,且随着时间延长以及更加苛刻的老化条件性能下降更为显著。     

均匀化有限元法预测双向纤维增强复合材料力学性能

采用一个3D代表体积单元(RVE)微观模型并结合均匀化有限元的方法预测了双向连续纤维增强复合材料的力学性能。假设纤维和基体在其应力达到抗拉强度之前满足线弹性规律。分别分析了纤维/基体弹性模量比、泊松比及其纤维含量的对复合材料宏观力学性能的影响;以及采用内聚力模型分析界面性能对整体力学性能的影响。结果显示:纤维泊松比对复合材料力学性能影响很小;纤维模量对复合材料抗拉强度及面外方向的弹性模量影响较小,但对面内方向的弹性模量影响较大;随纤维含量的增加,宏观弹性模量及面内抗拉强度随之线性增加,而面外抗拉强度有减小趋势;界面的存在会降低复合材料的抗拉强度。