连续纤维增强SiC基复合材料界面相力学及抗氧化改性研究进展

综述了近年来SiC基复合材料的裂解碳（PyC）及其衍生物、BN及其衍生物、新型界面相和复合界面相的力学及抗氧化性能改性效果、相关影响因素及不足之处,比较了几类常见的界面相制备工艺。其中,PyC界面相力学改性效果好但抗氧化性差,添加B元素仍难以克服其本征不耐氧化性;BN界面相综合性能佳,但具有中温脆性且不防潮;复合界面相优势众多,但热膨胀系数失配、化学相容性差等问题不可忽视;新型界面相在性能或制备方式上难以兼顾。未来的发展方向为完善性能数据库和损伤机理、探索更多新型界面相类型,以及深入挖掘现有界面相制备工艺的潜力等。     

芳纶纤维/环氧树脂界面相的准静态纳米压痕研究

采用准静态纳米压痕技术表征分析了Kevlar-49/环氧树脂和F-12/环氧树脂两种单向复合材料体系界面相的弹性模量和硬度。结果表明,采用沿单向复合材料纵截面制样的方法,可以得到较平整的芳纶纤维/环氧树脂界面形貌,有利于界面相力学性能的表征。芳纶纤维/环氧树脂界面相的弹性模量和硬度值介于芳纶纤维和环氧树脂的弹性模量和硬度值之间。通过比较分析纤维、树脂和界面相的力学性能,可以推断两种芳纶纤维/环氧树脂体系的界面相厚度均不大于1μm。     

高强/高模碳纤维复合材料界面影响机制及界面相构筑研究进展

复合材料界面工程一直是碳纤维树脂基复合材料的热点研究方向,界面相作为碳纤维增强体和树脂基体间传递载荷的"桥梁",影响复合材料的刚度强度发挥效率,因而界面相的设计与调控对于复合材料界面增强和提高宏观力学性能具有重要意义。针对高强/高模碳纤维表面物理化学特性、树脂基体的性能匹配以及不同类石墨结构表面等影响因素,简述了碳纤维表面结构、树脂基体模量与界面增强的关联机制,耐高温和分子自组装新型界面相构筑的进展及其界面增强效果,提出了复合材料刚柔平衡界面相的发展策略。     

短纤维增强复合材料纤维和界面层残余热应力分析

基于应力传递的剪滞理论，详细分析推导了纤维中的残余热正应力和界面层中的剪应力解析公式，并与已有的理论公式进行了比较。同时分析了纤维与基体脱粘的原因及热残余应力主要影响因素，主要包括：纤维和界面层材料的弹性模量，界面层的厚度以及纤维的长径比等。通过分析得出：纤维中的压应力和界面层中的剪应力都随着界面层的厚度及其弹性模量的增大而增大；纤维长径比的大小对纤维中的压应力和界面层中的剪应力大小及分布的影响很小。     

临界反应距离法微细电化学高效加工大长径比微电极

提出了一种基于临界反应距离控制的微细电化学（μ-ECM）在线高效制备大长径比微电极方法,旨在解决大长径比微电极制备难题。采用强碱性电解液及微秒级电源,实现了钨电极的微米级精度可控去除。分析了微细电化学加工材料去除微观过程,仿真分析了两极距离变化条件下间隙电流密度变化,确定了基于临界反应距离精确控制材料去除的参数选择范围。建立了电极材料蚀除过程数学模型,得到了材料蚀除量的变化规律。进行了系统的工艺实验,研究了电压、脉宽、电解液浓度对微细电极材料去除率的影响规律。采用优化的工艺参数,得到了直径10μm、长径比大于200的微细电极,材料去除率最高可达2.7×10^-2 mm³/min,加工效率较目前主流方法提高一个数量级。     

含二相粒子非线性粘弹性聚合物材料界面脱粘研究

研究了含二相粒子聚合物材料中粒子界面脱粘问题。首先提出了三维应力状态下具有非线性粘性效应的聚合物基体材料的本构关系;其次,对无限大聚合物基体中粒子-基体界面脱粘问题进行了分析,导出了求解界面脱粘临界时间的方程,并且给出了常应变条件下界面脱粘时间表达式;最后通过数值计算,讨论了界面脱粘临界时间的影响因素。计算结果表明:粒子尺度、加载速率、界面粘结能和非线性粘性参数对界面脱粘时间有重要的影响。     

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。     

多层界面相陶瓷基复合材料裂纹偏转机制模拟

针对多层界面相陶瓷基复合材料(CMCs)裂纹偏转机制进行了有限元模拟。在圆柱单胞模型中,按照界面相各亚层的实际厚度建立多层界面相几何模型,然后赋予各亚层对应的组分材料参数,获取轴对称有限元模型。在此基础上,采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)分别计算基体裂纹在界面相处偏转与穿透两种情形的能量释放率Gd和Gp,根据断裂力学准则实现对裂纹在多层界面相内部偏转机制的分析。可以看出:各向异性界面相比各向同性界面相内部的Gd/Gp比值更大,更利于裂纹偏转的发生;总厚度相同的多层界面相与单层界面相相比,其内部的Gd/Gp比值更高,裂纹在其内部发生偏转的机会更多,且五层界面相(PyC/SiC/PyC/SiC/PyC)比三层界面相(PyC/SiC/PyC)更利于裂纹发生偏转。      

界面相对3D-C/SiC复合材料热膨胀性能的影响

利用减压化学气相浸渗（LPCVI）技术制备了3D C/SiC复合材料,从热解碳（PyC）界面相厚度对界面结合强度和热应力的影响出发,研究了界面相对复合材料热膨胀性能的影响。结果表明:①界面相厚度对3D C/SiC复合材料热膨胀性能的影响主要归因于其对界面结合强度和脱黏面上的滑移阻力的影响。在一定厚度范围（约70～220nm）内,材料的热膨胀系数随热解碳厚度的增加而逐渐降低;②热处理可提高材料的热稳定性,并通过改变材料内部结构,使热应力重新分布,对复合材料的高温热膨胀产生显著影响,但是,并没有改变基体裂纹的愈合温度（900℃）。     

温度载荷下装药内外径比和长径比对结构完整性影响的规律研究

在固体火箭发动机装药设计中通常将药柱的外径与内径之比定义为m数(m=R/r)为研究装药设计参数m数和药柱长径比在温度载荷下对装药结构完整性的影响, 采用基于Total Lagrangian方法的热粘弹性大变形增量本构关系, 通过选取9种m数以及8种药柱长径比, 共72个计算模型, 对装药结构完整性进行了计算, 结果表明温度载荷下药柱最大Von Mises等效应力、应变值受药柱m数以及长径比共同影响.并得出当长径比大于3时, 药柱最大等效应力、应变值主要取决于m数的结论.      

碳纤维增强陶瓷基复合材料富碳界面

选用几种使纤维表面富碳的聚合物和无驱体制涂层纤维和陶瓷试件,测试其拉伸强度和弯曲强度,     

碳纤维增强SiBCN 陶瓷基复合材料的制备及性能

以自制的聚硼硅氮烷(P-SiBCN)为基体聚合物利用前驱体浸渍裂解技术(PIP)制备了二维碳纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料,并对其力学性能进行了初步研究.经8次浸渍-裂解,所得复合材料室温弯曲强度为334 MPa,800℃/氩气条件下弯曲强度367 MPa.该复合材料未经抗氧化防护处理情况下,800℃静态空气中氧化3h后,强度保留率约为60％.     

连续纤维增强陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用

阐述了连续纤维增强陶瓷(SiC)基复合材料的优势与存在的问题,重点介绍了国内外对与其相关的增强纤维、构件制备工艺、构件制备的研究进展。     

碳纤维陶瓷基复合材料的磨削加工研究进展

综述了磨削参数、纤维方向、不同加工方式以及其他因素对磨削力和表面质量的影响规律;总结了不同加工方式下的碳纤维陶瓷基复合材料的磨削机理;展望了碳纤维陶瓷基复合材料磨削加工的研究方向。     

碳纤维增强陶瓷基复合材料抗氧化涂层研究进展

对碳纤维增强陶瓷材料抗氧化涂层的要求、组成与制备工艺以及最近抗氧化涂层体系的发展做了综述。并且对今后抗氧化涂层的发展作了一些展望。     

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.     

纤维增强树脂基复合材料连接结构强度与失效分析

采用拉伸试验和有限元分析方法研究纤维增强树脂基复合材料螺栓连接与胶–螺混合连接结构的失效机理。通过拉伸–剪切试验分析其载荷–位移曲线,结合有限元仿真结果及断面微观结构变化分析其结构强度和失效机理。结果表明,螺栓连接结构孔周碳纤维丝束受到螺栓挤压力变形后传递给树脂基体。因此,呈现纤维屈曲变形,树脂基体由均匀分布状被断裂的纤维短束挤压变成团簇状,形成结构不均匀而出现薄弱区域。胶–螺混合连接结构呈现拉伸断裂式破坏,断口处碳纤维丝束在拉伸–剪切作用下从环氧树脂基体中拔出并损伤断裂,丝束方向杂乱排布。附着在碳纤维丝束周围的树脂基体从均匀分布状变为团聚状,连接结构在达到极限载荷之后出现拉伸断裂,呈现净截面破坏,并且在重新分配载荷之后板材之间的胶粘剂对纤维的破坏会起延滞作用。材料强度、螺栓强度、胶层强度及螺栓宽径比等因素均会成为影响连接结构失效破坏的因素。     

共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子研究

应用基于有限元的模态应变能法研究了共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子,同时考虑了粘弹性阻尼材料的频率依赖性和复合材料本身对振动能量的损耗,提出了该类型结构的有限元模型,并通过算例分析验证了该模型;考察了纤维增强复合材料本身的阻尼因素、柔性层的引入以及阻尼层的位置对复合材料粘弹阻尼结构损耗因子的影响,并给出了提高此类结构损耗因子的途径。     

碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的性能与微结构

利用前驱体浸渍、裂解方法制备了两种超高温陶瓷基复合材料,并对材料的力学性能进行了评价.采用SEM、EDS表征手段分析了材料复合过程中的微观结构特征,获得了工艺过程中碳纤维、基体、界面特征及其变化规律.结果表明,材料致密化周期减少,热处理时间缩短,对纤维的损伤减轻,能充分提高碳纤维的强度利用率,从而提高材料的力学性能.