Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能预测

基于Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型断裂韧性的试验结果、Z-pins增强机理，提出了Z-pins拔出的单线性软化模型.重点考虑了Z-pins直径范围内拔出位移的不一致性，在简单双悬臂梁（DCB）理论的基础上，获得了Z-pins增强陶瓷基复合材料层间Ⅰ型开裂性能的分析预测模型，预测结果与试验结果吻合较好.在此基础上，采用预测模型获得了不同Z-pins直径、裂纹长度下的裂尖能量释放率，并与理想弹簧元法进行了比较.结果表明:当裂尖靠近Z-pins时，随着Z-pins直径增大，两种方法所得的裂尖能释放率的差异逐渐增大，但总体来说差异的量级很小；随着裂纹长度的增加，裂尖逐渐远离Z-pins，两种方法所得的裂尖能释放率的存在较大的差异，不能忽略Z-pins直径范围内拔出位移不一的影响.      

钎料合金/陶瓷体系润湿行为研究进展

钎料合金/陶瓷体系润湿行为研究对陶瓷的钎焊连接具有重要指导意义。目前主要在真空系统中开展润湿性试验，除了常规的座滴法，改良座滴法、滴落法以及液桥过渡法逐渐被采用以便获得更加准确的试验数据。钎料合金在陶瓷表面的润湿过程涉及溶解、扩散、界面吸附和反应等，是一种非常复杂的物理化学现象。根据驱动润湿的本质因素，可将润湿机制分为：溶解驱动润湿、吸附驱动润湿和界面反应驱动润湿。然而由于界面行为的复杂性，往往很难进行严格的划分。根据钎料合金/陶瓷界面行为特点，分别建立了反应控制润湿模型和扩散控制模型来研究体系的铺展动力学。对钎料进行合金化处理和陶瓷表面改性是改善润湿性的常用方法，本文主要从润湿性的表征和测量、润湿机制、铺展动力学模型和改善润湿性措施等方面，综述了钎料合金/陶瓷体系润湿行为研究的进展。     

高频脉冲电流改性SiC/Al复合材料微裂纹愈合机制及组织性能

采用高频脉冲电流技术改性处理轧制态SiC/Al复合材料。首先利用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射仪（EBSD）对不同状态下复合材料的微观组织进行了观察分析，研究了高频脉冲电流作用下微裂纹的动态愈合机制。然后，对复合材料的微纳力学性能及拉伸性能进行了测试。结果表明，高频脉冲电流有效促进了轧制态复合材料发生静态再结晶，使基体晶粒由2.47μm细化至2.02μm，再结晶体积分数由7.43%提高至39.73%，择优取向明显减弱。钻孔-冷轧法预制的微裂纹尖端在高频脉冲电流作用下产生了局部高温，并在压应力的作用下实现了部分愈合。高频脉冲电流处理后，复合材料的拉伸强度和伸长率由347 MPa和12.23%优化至475 MPa和21.65%。研究为拓宽SiC/Al复合材料在航空领域的应用范围奠定了相关理论及实践基础。     

AHPSO-SVM预测超声内圆磨削ZTA陶瓷的边界损伤

为解决普通加工方式易出现工程陶瓷边缘碎裂的问题,本文对超声内圆磨削工程陶瓷边界损伤预测系统进行了研究。在35 kHz轴向超声磨削与普通磨削两种条件下独立进行试验,运用支持向量机研究工艺参数与边界损伤影响规律,采用改进的粒子群算法优化支持向量机,建立采用混合核函数的AHPSO-SVM预测模型。研究结果表明,超声激励下试件边界损伤降幅为10.05%～21.23%,AHPSO-SVM预测模型MSE为0.378 4、平均相对误差为1.369 0%、30次适应度值标准差为0.020 2。相比于普通磨削,超声磨削可使ZTA陶瓷边界损伤值显著降低;建立的AHPSO-SVM模型具有较好的学习能力、泛化性能与良好的稳定性。     

陶瓷隔热瓦的缺陷修补

分别采用了MgO、YSZ和Al₂O₃三种陶瓷粉体和一种含隔热瓦本体成分的粉料对陶瓷隔热瓦缺陷进行修补。研究了修补前后材料的微观形貌、力学及隔热性能。结果表明：采用含隔热瓦本体组成的粉料对陶瓷隔热瓦进行修补，修补部位与本体部位相容性好，且微观形貌相似，仍保持纤维搭接的多孔空间网络结构；修补后试样密度0.24 g/cm³、室温热导率0.044 W/（m·K）、压缩强度0.58 MPa；1 200℃、30 min热处理后，修补部位与本体部位结合性好，未出现裂纹、凹陷等缺陷，是有效的缺陷修补方法。     

前言

为不断提高航天复合材料成型与加工技术水平,促进航天复合材料成型与加工技术交流,推广复合材料在航天型号上的应用,2012年11月中国航天科技集团公司复合材料成型与加工工艺技术中心在北京组织召开了第一届航天复合材料成型与加工技术交流会,会议的主题为     

C/SiC复合材料螺钉拉伸强度分布模型

C/SiC复合材料螺钉是在高超声速飞行器上应用越来越广泛的一类重要紧固件,但其拉伸性能存在较大散差,分布规律尚不明确,给材料选用和结构设计带来了很大困难。本文采用电子万能试验机对M8、M10、M12三种规格的平头C/SiC复合材料螺钉进行力学性能试验,并分析了拉伸强度的分布规律。在此基础上应用双参数Weibull模型对统计数据进行拟合,并对拟合结果进行了柯尔莫哥洛夫检验。结果表明:C/SiC复合材料螺钉的拉伸性能分布满足双参数Weibull模型,其特征强度β为212 MPa,形状参数α为9. 45,可以据此进行复合材料许用强度设计。     

石墨填料对浸渗热解-熔融浸渗方法制备的C/SiC复合材料结构和性能的影响

采用石墨树脂浆料浸渍三维针刺碳毡增强体,热解后得到C/C多孔体,并采用反应熔体浸渗法制备C/SiC复合材料。研究了石墨填料对C/C多孔体的结构以及C/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明,石墨树脂浆料浸渍时树脂填充束间小孔形成结构致密的亚结构单元,而石墨可以有效填充胎网层等大孔隙,一次浸渍热解后碳产率有效提高。所得C/SiC复合材料包括C、SiC和Si三相,由于亚结构单元的存在,熔融Si并未渗入纤维束内部,束内碳纤维未受损伤。片层石墨的存在使碳基体/石墨和纤维结合强度提高、纤维脱粘拔出阻力增大,从而使材料强度提高;而且石墨可以使裂纹在扩展时发生偏转,从而避免了复合材料脆性断裂,使其呈现出类似金属的伪塑性断裂行为。制备出的C/SiC复合材料的弯曲断裂强度为118 MPa,最大应变可达1.0%。     

超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的制备及其性能

以碳纤维为增强体,聚碳硅烷和聚烷基铪为前驱体,采用前驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备C/Si C-HfC复合材料,将其与同种工艺所得C/SiC复合材料进行对比评价分析。发现C/SiC-HfC复合材料具有较低密度和较好的高温力学性能,且在1 650℃静态氧化实验中,含有HfC的基体对纤维具有更佳保护效果。C/SiC-HfC密度约为1.92 g/cm~3,常温弯曲强度为345 MPa,1 800℃高温无氧环境弯曲强度可达424 MPa。C/SiC-HfC复合材料表现出更加优异高温力学性能是由于HfC组分的添加抑制了SiC晶粒的生长,降低了基体内部较大裂纹产生的概率。在1 650℃空气环境下,含有HfC的基体对纤维具有更佳保护作用,主要是由于HfC组分的添加使材料表面的SiC及时氧化成SiO_2,SiO_2在纤维和基体表面形成包覆层,防止了材料内部的进一步氧化。     

陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法

为了建立CMC疲劳寿命预测方法,推广CMC在航空发动机中的应用,根据BHE剪滞模型理论,分析了随着疲劳峰值应力的大小不同,CMC可能出现的4种疲劳迟滞行为,推导了每种迟滞行为下的循环应力-应变公式,模拟了给定应力条件下的疲劳迟滞回线,通过与试验数据对比,证明了迟滞回线模拟的准确性,进一步分析了界面剪应力随疲劳循环数的退化关系。结合界面剪应力退化模型与纤维强度退化模型,设计了纤维应力计算和疲劳寿命计算流程。针对2维编织CMC,根据单胞有限元计算结果提取了纤维束应力,并对CMC进行了疲劳寿命计算,推导了CMC疲劳寿命S-N曲线,其结果与试验数据基本吻合。针对2维编织CMC的疲劳寿命预测方法,可用于编织结构的CMC涡轮导叶疲劳寿命分析。