硅溶胶强化辅助制备C纤维增韧氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料

通过氧化铝先驱体溶液循环浸渍热解结合硅溶胶浸渗强化的方法制备了三维C纤维预制体增韧的氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料 ,研究了氧化铝浸渗工艺对试样增重率、气孔率以及热处理温度对试样内气孔尺寸和分布的影响 ,分析了复合材料物相、微结构以及复合材料的力学性能。结果表明 ,硝酸铝饱和溶液浸渗纤维预制体并热解后试样的增重率和开气孔率呈类似抛物线曲线 ;由于硝酸铝分解生成氧化铝的煅烧温度不同 ,氧化铝晶态及物理特性不同 ,试样内气孔尺寸和分布差别较大 ;选择经过 115 0℃预处理的试样进行硅溶胶浸渗 ,然后 14 0 0℃处理 2h ,氧化硅与氧化铝完全反应生成莫来石 ,获得了较为致密的复合材料 ,室温三点弯曲强度和断裂应变分别为 180MPa和 2 .2 %。     

强化处理对单晶叶片用氧化铝基陶瓷型芯的影响

对一种单晶叶片用的氧化铝基陶瓷型芯材料进行了特定的强化处理，研究其对型芯组织和性能的影响，发现强化后的陶瓷型芯体内形成了片状的莫来石晶体，其线膨胀峰值温度要比未经强化的型芯高出２００℃以上，高温性能得到了显著提高。     

强化处理对单晶叶片用氧化基陶瓷型芯的影响

对一种单晶叶片用的氧化铝基陶瓷型芯材料进行了特定的强化处理，研究其对型芯组织和性能的影响，发现强化后的陶瓷型芯体内形成了片状的莫来石晶全，其线膨胀峰值温度要比未经强化的型芯高出２００℃以上，高温性能得到了显著提高。     

钇铝石榴石对氧化铝基陶瓷型芯高温性能的影响

开发了一种钇溶胶为强化剂、通过真空压力浸渍强化处理改善氧化铝基陶瓷型芯高温性能的新工艺.研究了浸渍工艺对陶瓷型芯高温性能的影响,利用x射线衍射和SEM分析了陶瓷型芯相组成及其断口形貌.实验结果表明高温性能随着浸渍次数的增加而得到明显地改善.三次浸渍强化后,高温挠度从7.38 mm降低至0.72 mm,高温抗弯强度(15...     

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％.     

基于多种莫来石纤维的硅基陶瓷型芯增强机制及性能研究

分别以多晶、非晶莫来石纤维为增强相制备氧化硅基陶瓷型芯,探究纤维种类对型芯性能的影响。非晶纤维在促进方石英析晶、降低收缩率、提高气孔率方面的效果低于多晶纤维。相比于多晶纤维,非晶纤维具有较多结构缺陷,纤维与基体通过扩散传质形成紧密的结合,显著提高型芯的强度和抗蠕变性能,而且非晶纤维的亚稳态结构在碱性溶液中具有较高的化学活性,使型芯表现出优良的溶蚀性。非晶莫来石纤维质量分数为3%的硅基陶瓷型芯表现出优异的综合性能,其室温弯曲强度达27.7 MPa,高温弯曲强度为22.4 MPa,高温蠕变为0.31 mm,溶蚀率为1.26g/min,能够很好地满足空心叶片的浇注需求。     

烧结温度对氧化铝基陶瓷型壳显微组织及力学行为的影响

采用选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)快速制备高温合金叶片用氧化铝基陶瓷型壳初坯,并结合高温烧结(high-temperature sintering)进一步提高陶瓷型壳的力学性能。研究不同烧结温度(1450～1600℃)对氧化铝基陶瓷型壳的抗弯强度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析型壳的物相组成、断口微观形貌。结果表明:采用选择性激光烧结+高温烧结技术可快速高效地制备力学性能满足要求的陶瓷型壳,随着烧结温度从1450℃升高到1600℃,型壳的室温平均抗弯强度增大,并在1600℃时达到38.03 MPa;型壳的主要强化相为柱状莫来石相,且随烧结温度升高,型壳中莫来石相含量增加,石英相含量降低,方石英相含量先增加后有所降低;裂纹扩展形式从缓慢扩展转变为迅速扩展并引发瞬断,断口由撕裂状演变为平齐小断面,断裂方式由主要沿晶断裂向穿晶断裂转变,裂纹倾向于向晶内莫来石扩展。     

辐射涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响

为了得到组织细密的定向晶叶片,采用数值模拟和实验相结合的方法,对比研究了铸型表面涂挂具有较高辐射性能的石墨涂层和氧化铬涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响。理论分析表明,铸型表面辐射系数提高能够在一定程度上提高铸件顶端的温度梯度。实验结果表明,通过在铸型表面涂挂氧化铬涂层材料,显著提高了铸型表面辐射散热性能,降低了铸件顶端的一次枝晶间距。铸件顶端的一次枝晶平均间距为336 μm,较未涂挂任何涂层减小12.5%,较涂挂石墨涂层减小2.9%,定向晶组织得到显著细化。采用铸型外表面涂挂氧化铬辐射涂层的方法成形的复杂结构空心涡轮叶片定向晶组织形态良好。     

热压辅助先驱体裂解制备的三维Cf／Si—O—C复合材料的微观结构与力学性能

采用聚硅氧烷(PSO)先驱体浸渍裂解工艺制备出碳纤维三维编织物增强Si—O—C复合材料(3D-B C_(?)/Si—O—C)。研究发现,第一周期采用热压辅助裂解可以显著提高材料的力学性能与致密度。第一周期经1600℃、10MPa的条件热压裂解处理5min后,材料的弯曲强度和断裂韧性从未处理前的246.2MPa和9.4MPa·m~(1/2)提高到502MPa和23.7MPa·m~(1/2)。该材料的弯曲强度在真空中可以保持到1400℃。探讨了工艺参数对材料结构与力学性能的影响。高温裂解弱化界面结合同时提高纤维就位强度以及加压提高材料致密度是热压辅助裂解能提高材料力学性能的主要原因。     

镍基合金空心叶片浇铸用硅基陶瓷型芯的制备及性能

采用热压注工艺成型氧化硅基陶瓷型芯。分析焙烧后型芯的化学成分、微观结构、孔隙率、线膨胀系数以及力学性能。结果表明:型芯的孔径呈多峰分布,且主要分布在0.1～5μm之间;从室温至1400℃,型芯的线膨胀系数随温度的升高而减小,在1170～1350℃之间其线膨胀系数下降趋势骤然加剧;经1200℃焙烧制备的陶瓷型芯主晶相为β-方石英相与无定形石英玻璃共存,经1550℃高温2h处理后型芯烧结程度提高,骨架致密度增大,孔结构更加分明,表面及内部裂纹的数量、长度均增大。采用实验室自制的硅基陶瓷型芯进行镍基高温合金单晶空心叶片的浇注实验,结果表明所制备的型芯可以满足单晶叶片精密铸造的要求。     

浆料浸渍工艺制备高性能Al2O3/Al2O3陶瓷基复合材料

为了利于大型构件的制备,采用浆料浸渍工艺,以Nextel 720连续氧化铝纤维增韧,通过一次烧结过程制备了Al₂O₃/Al₂O₃陶瓷基复合材料。测试了复合材料的物理及力学性能,并采用光学显微镜、SEM对试样的微观形貌进行了表征。结果表明：复合材料的体积密度为2.64 g/cm³,显气孔率为26%,材料基体呈现典型的多孔结构特征;室温及1 200 ℃,复合材料厚度方向的热导率分别为3.49及2.04 W/（m·K）;200～1 200 ℃,复合材料面内方向的热膨胀系数为（4.7～7.1）×10^-6/K;复合材料室温、1 100及1 200 ℃拉伸强度分别为202.4、222.4及228.4 MPa,试样断面纤维拔出明显;室温弯曲强度为200.5 MPa,试样发生韧性断裂;层剪强度为21.0 MPa。制备的材料主要性能与美国ATK-COI陶瓷公司的同类型材料相当,部分力学性能更优异。     

典型涡扇发动机陶瓷基复合材料涡轮叶片概念设计

为了推动先进航空发动机陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮叶片设计技术进步,以典型涡扇发动机基准性能参数为原始数据,按照涡轮叶片正向设计流程,从气动设计,到结构设计,再到变形及强度分析,梳理出以材料强度为约束,发动机推力和耗油率为输入值,涡轮叶片叶身模型为结果的概念设计方法。设计了一种陶瓷基复合材料低压涡轮转子叶片,该叶片实心无冷却,设计工况下的气动性能、强度和振动特性仿真结果满足设计要求。安全储备系数可达1.8,涡轮盘外载预估减少50%,验证了陶瓷基复合材料用于先进航空发动机热端部件的可行性。涡轮效率提高0.98%～1.17%表明陶瓷基复合材料具有提升先进航空发动机热端部件性能的潜力。     

烧结温度对SiO2-ZrO2体系陶瓷型芯材料性能影响研究

采用传统的热压铸工艺制备可快速脱芯的定向、单晶空心涡轮叶片用SiO2 -ZrO2体系陶瓷型芯材料,研究结果表明,该材料随烧结温度从1150℃增加到1200℃,收缩率变大,当烧结温度超过1200℃时,烧结收缩增加显著,1200℃烧结的陶瓷型芯晶粒发育比较完善,主要相组成为非晶SiO2、方石英、ZrO2,其综合性能最佳,室...     

氧化铝气凝胶复合高温隔热瓦的制备及性能

以陶瓷纤维制成的高温隔热瓦为骨架,真空浸渍氧化铝溶胶,再经过凝胶、老化和超临界干燥制备出氧化铝气凝胶复合高温隔热瓦,研究了其在不同温度处理后(最高温度1 400℃)的微观结构、隔热和力学性能。结果表明:气凝胶复合高温隔热瓦在1 400℃保温30 min后线收缩率仅为2%;随着热处理温度升高,气凝胶颗粒发生熔并、长大,气凝胶从填充纤维空隙到不断收缩,但对纤维骨架没有明显影响;隔热瓦的室温、高温热导率均显著降低;在热面1 400℃的背温测试中,复合后材料的背温从945℃降到870℃;复合后隔热瓦的力学性能略有增加;但是1 200~1 400℃的压缩强度下降较大。可见,气凝胶复合高温隔热瓦可改善其隔热性能,但在高温下力学性能下降。     

SPS烧结温度对ZrB_2-SiC复合陶瓷性能的影响

以放电等离子烧结法(spark plasma sintering,SPS)分别在1700℃和1900℃烧结制备Zr B2-20%Si C(ZS)复合陶瓷(分别简称为ZS1700和ZS1900),通过分析两种陶瓷的SEM、EDS、硬度、断裂韧度、高温弯曲强度、氧化增重和氧化截面等,研究烧结温度对ZS复合陶瓷微观结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:烧结温度由1700℃提升至1900℃,ZS陶瓷晶粒长大,致密度由98%提高至99.8%,硬度由12.6 GPa提高至14.7 GPa;1600℃弯曲强度由101 MPa提高至286 MPa,1800℃弯曲强度由138 MPa提高至302 MPa,高温弯曲强度显著提高;与ZS1700相比,ZS1900在1500℃空气中的氧化深度小,基体中氧渗入量较少,抗氧化性能有一定提升。     

氮化物基陶瓷高温透波材料的研究进展

氮化物基陶瓷材料具有高强度、高模量、耐高温、抗热震和透波等优异的综合性能,是高温透波构件的主要候选材料,目前应用报道较少,制备工艺和性能有待进一步完善和提高。本文综述了氮化物陶瓷、氮化物复相陶瓷及氮化物陶瓷基复合材料的研究现状,发现多孔氮化硅陶瓷、BN-Si3N4复相陶瓷和BNw/Si3N4复合材料的综合性能较为优异,可达到介电常数低于5,介电损耗低于0.01,室温弯曲强度高于200 MPa的水平。本文分析了氮化物基陶瓷高温透波材料研究的现存问题,主要是力学性能与介电性能难以协同提高;最后对高温透波材料体系的选择及其制备工艺的未来发展方向进行了展望。     

高温合金涡轮叶片材料的现状与发展

 本文回顾了自1956年以来,近三十年我国航空发动机铸造涡轮叶片的发展历史和现状,归纳了在此期间材料和铸造科研人员提供的铸造高温合金和铸造方法,满足了航空发动机的需要。 在铸造动叶片、空心叶片的陶瓷型芯、弥散强化合金的研究与运用计算机进行质量控制等方面都取得显著的成就。 着眼为将来发展高性能发动机,文中提出研究陶瓷和难熔金属材料以适应下列要求: 1.更高的工作温度 2.更高的表面稳定性 3.更高的力学性能 除了应不怕失败地发展上述材料外,还应考虑高温合金仍是550～1100℃下工作的发动机结构件材料,而且还要使用一段很长的时间。因此,要研究推广计算机的应用。难熔金属模具及真空压铸叶片工艺的改进,将提高叶片质量和代替传统的熔模铸造工艺。     

精铸耐火材料——上店坩土的研究

一、概述精铸型壳的性能是影响铸件质量的主要因素之一。目前国内生产精铸叶片所用型壳一般以硅酸乙酯为粘结剂,以电熔刚玉作耐火材料制作而成。但是刚玉价格昂贵,供不应求。而且由于其中Na_2O含量较高,在1050～1100℃的高温下开始与酸性粘结剂硅酸乙酯中的SiO_2起化学作用,形成Na_2O—Al_2O3—SiO_2三元低熔点液态物质,使型壳高温强度急剧下降,以致经受不住外界压力(液态金属的动、静压力和造型砂的压力)而变形,使叶片增厚或减薄,满足不了无余量叶片铸造的要求。     

酚醛浸渍碳烧蚀体(PICA)的制备、结构及性能

采用热塑性酚醛树脂溶液浸渍碳毡,经过溶胶-凝胶反应和常压干燥后,制备出一系列不同密度的酚醛浸渍烧蚀体(PICA)(0.27~0.47 g/cm3)材料,并系统研究了不同密度的PICA碳化前后微观形貌、力学性能及隔热性能的变化规律。结果表明:PICA具有典型的碳纤维增强酚醛气凝胶复合结构。不同密度的PICA均具有优异的力学性能和隔热性能,且弯曲强度为2.2~16.5 MPa,热导率为56~62 m W/(m·K)。在密度为0.40 g/cm3时,PICA弯曲强度最大,热导率最低。进一步通过1 000℃高温处理之后,相应的C-PICA材料仍然表现出轻质、高强、低热导率的特征。     

射频磁控溅射沉积热障涂层结构特征及高温氧化性能

采用3kW射频电源在经真空电弧镀涂敷了NiCrAlY过渡层的涡轮和导向叶片上沉积 ZrO2陶瓷层,对其组织结构与元素面分布进行了电子探针测试.对NiCrAlY涂层进行喷丸形变处理,研究了不同时效温度下的应力变化.测试了热障涂层高温氧化与热冲击性能,结果表明,经1100℃静态氧化100h和热冲击500次陶瓷层未剥落.