晶须增韧陶瓷的微裂纹演化及本构描述

本文利用作者改进的等效夹杂理论研究了含随机分布晶须和微裂纹陶瓷的微裂纹演化及由其引起的材料本构非线性，定量计算了热残余应变、晶须含量及尺寸比的影响，对材料的微裂纹演化及破坏过程进行了数值模拟，得到了一些有意义的结论     

德国航空航天中心(DLR)新发明一种碳纤维增强耐热陶瓷瓦

德国航空航天中心(DLR)采用一种新的制造工艺,使生产的碳纤维增强碳化硅陶瓷瓦可以反复经受1700℃的高温,并具有很强的抗冲击性能和耐化学性能。新型陶瓷瓦的另一突出优点是,在大尺寸下性能稳定,没有裂纹。新型陶瓷瓦在2009年6月中旬俄罗斯发射的联盟号宇宙飞船上首次使用,取得理想的效果。     

先进高温材料的研究现状和展望

综述了高温合金、难熔金属、陶瓷、金属间化合物、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、C／C复合材料和梯度功能材料等先进高温材料的研究与应用现状，评述了其发展趋势。     

超高温材料—陶瓷及陶瓷基复合材料

本文评述了超高温材料——陶瓷及陶瓷基复合材料的发展、制造工艺及性能等,指出了进一步提高这类材料的高温力学性能的方向.     

高温对复合材料长期性能影响的建模方法

聚合物基复合材料比金属或金属合金具有重量轻及耐高温的性能。但聚合物较大多数金属构件对裂缝更为敏感。在90°铺层中,横向、裂纹会使复合材料刚度和强度严重地削弱,最终导致基体结构破坏。为了发展高性能复合材料,研究了二种复合材料层板K3B/IM6和X5260/G40-800(此材料由波音公司出资,杜邦公司研究)。 该文介绍正交层合板中横向裂纹的机理。推导了一种模式来模拟系统的破坏机理。应用有限元程序分析由于横向裂纹引起的应变能的释放率,并采用弹性断裂力学准则为裂纹开始破坏建立临界条件。用此模型描述包括裂纹机理在内的主要因素的影响。把一些预期的参数影响与实验数据作了比较。     

高温压力传感器的研究现状与发展趋势

高温压力传感器广泛应用于火箭发动机、航空发动机、重型燃气轮机、燃煤燃气锅炉等动力设备燃烧室内的压力监测。经过二十多年的研究,高温压力传感技术领域成果丰富。以敏感芯片的主体材料分类,对高温压力传感器的研究现状进行论述,重点分析基于SOI、SiC、蓝宝石、共烧陶瓷、压电晶体、SiCN陶瓷等材料的高温压力传感器的特点与局限以及国内外发展现状。最后展望高温压力传感器的发展趋势,并对国内高温压力传感器的发展方向提出建议。     

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。     

针刺C/C复合材料高温力学性能试验及本构关系

为研究针刺C/C复合材料高温下力学性能,通过C/C材料试件不同温度下的拉伸、压缩及剪切性能试验,观察试件在高温和外载荷作用下的破坏模式,获得了材料不同温度下的应力-应变曲线。基于对Jones-Nelson-Morgan模型改进并引入温度系数,建立了C/C复合材料高温本构关系模型,并与试验结果进行了对比。结果表明,在温度≤1800℃,针刺C/C材料为线弹性本构关系,C/C材料拉伸、压缩及剪切强度均随温度的升高呈先升高、后降低趋势,在温度≥1600℃后,强度逐渐降低;建立的高温本构模型计算结果与试验结果吻合较好; C/C材料整体表现为脆性破坏,拉伸破坏纤维拔出尺寸较短,压缩破坏断口呈现45°豁口。     

基于微观图像及内聚力模型的复合材料裂纹扩展模拟

为研究材料微观结构及晶界强度对材料力学性能的影响,在晶界处引入内聚力单元模型,模拟晶间破坏过程。以ZrB_2-SiC复合材料为研究对象,将其扫描的微观结构图片进行矢量化处理,并导入ABAQUS有限元软件中建立模型,同时在其晶界处,设置内聚力单元模拟晶界破坏过程。通过改变Zr B2与Si C相界面强度,得到了晶界及材料不均匀对材料应力分布及裂纹扩展的影响。结果表明,由于晶界的存在,材料内部出现应力分布不均匀现象并产生应力集中。随着晶界强度的改变,裂纹起始位置及扩展方向发生改变,且裂纹沿低强度的界面进行扩展。随着ZrB_2-SiC界面强度增大,材料的强度提高,拉伸模量不变。     

声发射在纤维增强塑料方面的应用

声发射法是探测固体中产生裂纹、变形等局部细观变化的有力手段,作为一种工业技术已经进行了十多年的研究,其应用范围正在扩大。过去用于金属材料和岩石等,现在已遍及纤维增强塑料、增强金属等复合材料以及陶瓷、塑料等许多方面。在纤维增强塑料中,多数纤维以不同方向且不连续地存在于基体中,因此采用射线穿透法及超声反射法探伤容易产生问题。而声发射法是检测动态破坏过程的出色的无损检测方法,在检测材料内部产生破坏现象方面可发挥很大的威力。据资料报导,声发射法,     

高密度轴棒法C/C复合材料的热膨胀性能

以轴棒法4D编织预制体、高温煤沥青为前驱体,采用常压、高压相结合的液相浸渍-炭化技术制备高密度(≥1.95 g/cm3)的C/C复合材料,并研究了轴棒法编织C/C复合材料在RT~1000℃的热膨胀性能及其影响因素。结果表明,由于材料预制体编织结构与微观结构的界面裂纹具有方向性,导致了C/C复合材料热膨胀表现出明显的各向异性,径向热膨胀系数低于轴向,高温尺寸稳定性较好;轴棒法C/C材料的热膨胀行为在800℃出现拐点,拐点与材料界面裂纹愈合有关,受最终制备温度的影响很大;材料经2500℃热处理之后,拐点后延,整体热膨胀系数下降,随温度上升趋势变缓。     

断裂力学在宇航飞行器设计和研制中的重要意义

一、什么是断裂力学? 断裂力学是六十年代才发展起来的一门新兴的学科,是固体力学的重要分支。它研究有裂纹材料或构件的强度和裂纹扩展规律,处理抗断裂问题。可以说,它是连续介质力学(包括弹性、粘弹性,塑性理论等)应用于材料或构件破坏的一门应用科学,属于强度学领域。     

固体推进剂中裂纹扩展的一条新定律

确定控制推进剂中裂纹扩展的Paris定律,给出了应力强度因子和裂纹扩展速率之间的幂律关系。但是,这对正确表达粘弹材料中裂纹扩展不尽合适。利用线性累积破坏理论和破坏区的概念,我们给出如下修正定律 da/dt aT=Aα/t_m式中α是达到最大应力σ_m时裂纹前端区域的长度,t_m是与单向拉伸试验中的最大应力相应的时间。就单边预裂试样的拉伸试验而言,本定律可使其结果的分散大大减小,研究中采用CTPB和聚氨酯推进剂。     

1700℃高温、有氧及时变环境下隔热性能试验研究

针对高超声速飞行器面临极端高温热环境、飞行器外壳单侧面受热以及温度历程非线性时变的特点,自行设计并建立辐射式极端高温氧化环境下的单侧面试验加热装置,实现了1700℃高温有氧环境下对高超声速飞行器热防护材料的隔热性能试验测试。同时,对轻质陶瓷材料试验件和新型陶瓷、纳米材料复合结构在高达1700℃的高温氧化环境下的隔热性能进行试验测试,并对不同材料及其组合模式进行对比分析,优选高效能的隔热方案,发现陶瓷、纳米材料复合结构试验件比单层轻质陶瓷材料试验件的隔热效果提高了约50%。另外,生成了极端高温非线性时变热环境,并进行相应的隔热性能试验。通过建立极端高温、有氧、单侧面加热、非线性时变热环境试验系统及其实际应用研究,为高超声速飞行器的热防护设计提供重要的试验手段。     

1700°C高温、有氧及时变环境下隔热性能试验研究

针对高超声速飞行器面临极端高温热环境、飞行器外壳单侧面受热以及温度历程非线性时变的特点,自行设计并建立辐射式极端高温氧化环境下的单侧面试验加热装置,实现了1700℃高温有氧环境下对高超声速飞行器热防护材料的隔热性能试验测试。同时,对轻质陶瓷材料试验件和新型陶瓷、纳米材料复合结构在高达1700℃的高温氧化环境下的隔热性能进行试验测试,并对不同材料及其组合模式进行对比分析,优选高效能的隔热方案,发现陶瓷、纳米材料复合结构试验件比单层轻质陶瓷材料试验件的隔热效果提高了约50%。另外,生成了极端高温非线性时变热环境,并进行相应的隔热性能试验。通过建立极端高温、有氧、单侧面加热、非线性时变热环境试验系统及其实际应用研究,为高超声速飞行器的热防护设计提供重要的试验手段。     

信息

抗蠕变钢焊接接头的高温性能抗蠕变钢广泛用于发电站设备,由于铬与钼含量高,焊接后虽经空气中冷却,其显微组织也会淬硬为贝氏体—马氏体或完全为马氏体,为防此问题,焊接前要预热至200～350℃。其均质焊接接头(母材金属与填充金属为相同材料),应按材料化学成份规定焊前预热温度范围,焊接中应尽量减小裂纹敏感性,焊后回火不可能消除接头各部分的硬度差别。对于非均质接头(母材金属与填充金属材料不同),也没有最佳回火温度。由于材料浓度不同,在高温下焊接区与热影响区之间产生剧烈扩散,致使在短的工作时间内出现裂纹。要求其工作温度低于均质…     

1700℃有氧环境下高超声速飞行器轻质防热材料隔热性能试验研究

文章针对高超声速飞行器需面临极端高温有氧热环境以及舱体表面单侧面受热的特点,建立了由硅钼发热体作为热源的红外辐射式超高温、时变、单侧面加热试验测试系统,开展了高达1700℃的有氧环境下高超声速飞行器轻质防热材料的隔热性能试验。另外,为了研究和优选高效隔热方式,对高超声速飞行器用单层轻质陶瓷隔热材料和陶瓷/纳米材料叠层复合结构在1700℃高温有氧环境下的隔热特性进行了试验测试;通过试验结果的对比分析,发现陶瓷/纳米材料复合叠层结构比单层轻质陶瓷材料的隔热效果提高近50%。     

国外高温结构陶瓷研究近况

本文介绍了高温结构陶瓷的发展近况,表明它具有高温强度好、抗氧化、耐腐蚀、比重小等一系列优点,指出它是80年代材料研究的重要课题,它的实际应用将成为航天等高技术领域取得重大进展的前提,且将对工业部门的技术改革产生重大的影响。     

复合固体推进剂双参数断裂准则研究

针对复合固体推进剂裂纹尖端的损伤特性,基于Dugdale模型建立了一个复合固体推进剂双参数断裂准则。通过单轴拉伸试验和单边断口断裂试验求得了双参数断裂准则中的两个材料参数。利用该准则对含有不同长度裂纹试件的破坏载荷进行预估,其结果与试验结果吻合得很好。
     

陶瓷基复合材料界面相设计

综述了陶瓷基复合材料界面相的类型及作用，对SiC1／SiC陶瓷复合材料界面相的设计方法作了简要评述。在此基础上，用能使得纤维表面富碳的先驱体作为纤维涂层，制作了C1／SiC陶瓷基复合材料试样。结果表明，高温处理后，富碳涂层可减少纤维强度损失，使复合材料的强度和韧性同时得到提高。