自愈合碳化硅陶瓷基复合材料研究及应用进展

为了满足高推重比航空发动机长时热力氧化环境的使用需求,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料正朝自愈合方向发展.本文介绍自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的微结构与性能,自愈合与强韧化机理,制造方法和工艺特点及其在航空发动机热端部件的应用情况,表明多元多层微结构形成了"层层设防,就地消灭"的氧化防御体系,是复合材料实现自愈合与强韧化的关键.自愈合碳化硅陶瓷基复合材料能够满足发动机高温服役环境要求,显著降低发动机的结构重量,从而有效提高发动机的推重比.     

耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。     

吸波型SiC陶瓷材料的研究进展

随着电子产品的广泛应用,电磁波泄露和干扰成为普遍问题,迫切需要发展新一代高性能吸波材料。SiC陶瓷及陶瓷基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、高强度、低密度、介电性能可设计等优异特性,是极具潜力的吸波型热结构材料。化学气相渗透和先驱体转化陶瓷法可实现陶瓷材料的微结构设计,是制备高性能吸波型热结构陶瓷的主要方法,日益受到关注。本文综述了吸波型热结构陶瓷的设计与制备方法及其吸波机理。     

前沿碳系/铁氧体复合材料的吸波性能研究

采用雷达吸波材料(RAM)是提高飞机隐身性能的一种有效方法。介绍了RAM的吸波机理,简述了膨胀石墨酚醛树脂、石墨烯碳纳米管复合材料、陶瓷基多层纳米碳管复合材料、手性聚苯胺钡铁氧体复合材料、聚苯胺纳米镍铁氧体复合材料的制备方法,并分别比较分析了各个材料的吸波性能。纳米碳系吸波复合材料具有对X波段电磁波吸收作用强、质量轻、耐环境腐蚀的特点。聚苯胺陶瓷基复合材料具有热稳定性强、耐氧化和腐蚀的特点,其突出优势是在高温下,还能保持很高的吸波性能和机械性能。铁氧体复合材料具有电磁性能强、硬度高、化学稳定性高等特点,并且适用于X波段外电磁波的吸收,吸波范围广。     

碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的发展现状及其在航空发动机上的应用

碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC CMC)具有低密度、高强高模、耐高温抗氧化、抗蠕变、抗热冲击、耐腐蚀、材料热膨胀系数小等性能优点,在航空发动机上具有巨大的应用潜力。从碳化硅纤维、制备工艺、界面相和涂层等方面综述了国内外SiC/SiC CMC的发展现状,并基于SiC/SiC CMC的性能特点对其在航空发动机燃烧室火焰筒、混合器、涡轮罩环/静子叶片/转子叶片、喷管调节片等热端部件上的应用情况进行了介绍。     

连续纤维增韧陶瓷基复合材料的发展及在航空发动机上的应用

介绍了连续纤维增韧陶瓷基复合材料的结构组成以及陶瓷基体材料、增强体纤维、界面层的发展情况,概述了连续纤维增韧陶瓷基复合材料在国内外航空发动机热端部件上的应用。从工程运用角度,探讨了连续纤维增韧陶瓷基复合材料工程化运用面临的问题及解决措施。结合我国航空发动机的发展需求及连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究、应用现状,提出了加快连续纤维增韧陶瓷基复合材料研究及工程化应用的建议。     

连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用

本研究通过对国外连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的分析,结合航空发动机设计对于复合材料构件的使用要求,从发动机材料工程化应用的角度,提出国内连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料研究中还需要解决的问题,并且提出相应的建议。     

石墨烯超材料吸波结构3D打印

石墨烯增强树脂基复合材料密度低,具有优良的电磁波吸收性能,是极具应用前景的雷达隐身吸波材料,传统的石墨烯吸波复合材料制备工艺复杂,难以灵活制备复杂结构。超材料作为一种人工电磁介质,以材料自身电磁特性为基础,通过单胞结构设计,可实现高性能超材料微波吸收结构(MetaMaterial Absorber,MMA)的设计,利用3D打印技术复杂结构零件快速成型的优势,可实现树脂基MMA功能结构一体化制造。综述了石墨烯增强树脂基复合材料、3D打印超材料吸波性能的研究进展,提出一种基于木堆结构的3D打印石墨烯增强聚乳酸复合材料梯度超材料吸波结构,该结构在4.5～40GHz频段内,具有35.5GHz的超宽频带微波吸收性能(反射损耗低于–10dB)。     

高致密反应烧结SiC_f/SiC复合材料的微观结构与性能

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料是航空发动机热结构部件的关键材料。基于国产KD-II碳化硅纤维,利用反应熔渗工艺制备了高致密的SiC_f/SiC复合材料,研究了其微观结构、常温/高温力学性能、热物理性能和高温长时氧化稳定性。反应熔渗制备的SiC_f/SiC显气孔率仅为1.6%,室温弯曲强度为(521±89)MPa,1200℃高温弯曲强度为(576±22)MPa,呈非脆性断裂特征,具有优异的高温力学稳定性。厚度方向常温热导率高达41.7W/(m·K),1300℃热导率为18.9W/(m·K)。SiC_f/SiC复合材料经1200℃氧化1000h仍保持非脆性断裂特征,弯曲强度为(360±54)MPa,仅下降19%,仍保持非脆性断裂特征。反应烧结制备的SiC_f/SiC复合材料具备优异的耐高温抗氧化性能,有望满足航空发动机热端部件对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的应用需求。     

陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件上的应用

介绍了适应未来先进航空发动机需求的陶瓷基复合材料在国外航空发动机热端部件上的应用现状,并展望了陶瓷基复合材料在国内航空发动机热端部件上的应用前景.     

航空发动机用连续SiC_f/SiC复合材料制备工艺及应用前景

介绍了连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_f/Si C)常见的3种制备工艺,即化学气相渗透(CVI)工艺、前驱体浸渍/裂解(PIP)工艺及熔渗(MI)工艺的不同特点,探讨了国外不同工艺制备的复合材料的基本性能,并简述了SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用情况,以期为该材料在国内航空发动机领域的发展提供一定的参考。     

SiC/SiC复合材料MI工艺制备技术

以碳化硅纤维或其他无机纤维复合陶瓷基体的新型材料兼具纤维与陶瓷的优点,具备高比强度、高比模量、抗氧化、耐烧蚀等优势,是下一代商用航空发动机耐热结构件的理想材料。以连续SiC纤维增韧SiC陶瓷基复合材料为代表的CMC,作为热端部件首选的复合材料,与传统的高温合金相比,其优势在于拥有更低的密度和更高的耐温能力。     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

航空发动机碳化硅基复合材料环境性能评价研究进展

阐述了航空发动机热端部件的服役环境,从热物理化学环境和热物理化学应力耦合环境两个方面综述了目前碳化硅基复合材料环境性能的测试方法、原理及进展,并对航空发动机碳化硅基复合材料环境性能评价现状进行了展望。     

陶瓷基复合材料在欧美军民用航空发动机上的发展

陶瓷基复合材料作为航空发动机候选材料之一,具有广泛的应用前景,本文主要概述了陶瓷基复合材料在欧美军民用航空发动机尾喷口、燃烧室和涡轮等热端部件方面的发展和应用。     

新一代发动机高温材料—陶瓷基复合材料的制备、性能及应用

目前,国内在陶瓷基复合材料构件领域的研究尚处于起步阶段,从高性能纤维制备、复合材料制备/加工工艺到构件设计,尚不能满足航空发动机热端构件工程化应用需求,必须依托发动机设计、构件研制和原材料研制等单位,通过强强联合、协同攻关,形成陶瓷基复合材料产学研的合力,加速我国陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件上的应用。     

碳化硅纤维毡增强陶瓷基复合材料的制备与性能

陶瓷基复合材料具有高强高模、高温抗氧化和耐化学稳定性等特点,是新一代先进复合材料的研究热点之一。介绍了以聚碳硅烷不熔化纤维为原料制备碳化硅纤维毡的方法和陶瓷基复合材料的制备工艺;阐述了陶瓷基复合材料的性能测试方法,并分析了气孔率对陶瓷基复合材料力学性能的影响。     

SiC/SiC复合材料及其在航空发动机上的应用

采用新型的陶瓷基复合材料,可以在满足高温使用要求的前提下,大幅度减轻发动机的重量、降低发动机的复杂程度,SiC/SiC复合材料因其优异的抗氧化性能,能够满足航空发动机长时间使用、轻质、耐高温要求而备受关注,成为高推重比发动机的首选材料。     

纤维增强陶瓷基复合材料加工技研究展

纤维增强陶瓷基复合材料具有高熔点、低密度、耐腐蚀、抗烧蚀以及抗氧化等一系列优点,被列为新一代高温热结构材料的发展重点,在航空、航天、能源等领域具有极大的应用前景.但纤维增强陶瓷基复合材料具有硬度大的特点,其加工是一个难点,主要对纤维增强陶瓷基复合材料的传统加工工艺和特种加工工艺及其研究进展进行了介绍,并对纤维增强陶瓷基复合材料的加工工艺的发展趋势作了展望.     

陶瓷基复合材料结构的设计及其工艺技术

陶瓷基复合材料（ＣＭＣｓ）对未来先进航空发动机的发展具有重要意义。本文介绍陶瓷基复合材料结构的设计特点、准则以及两种重要的成形技术。