国外连续纤维增强钛基复合材料的研究与发展

连续碳化硅纤维增强钛基复合材料兼有高的比强度、高的比模量和高的韧性，在未来高性能飞机、航空发动机和航天飞机上有广阔的应用前景。     

纤维增强SiC陶瓷基复合材料加工技术研究进展北大核心CSCD

纤维增强SiC陶瓷基复合材料具有密度低、强度高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优点,在航空航天及其他高温条件使用领域具有广泛的应用潜力。然而难加工特点制约了这类材料的广泛使用。由于存在硬度高、脆性大和各向异性特点,高精度低损伤加工成为其工程应用必须解决的关键技术之一。本文主要综述了近年来纤维增强SiC陶瓷基复合材料加工技术研究进展,综合分析了不同加工方法的加工原理、理论模型构建、工艺参数优化、表面质量控制与损伤形成机制等,讨论了当前存在的主要问题,对未来研究方向提出了发展与展望。     

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。     

SiC纤维增强钛基复合材料研究现状与展望

连续Si C纤维增强钛基复合材料(Si Cf/Ti)是一种重要的高推重比发动机(推重比12)用结构材料,它的应用为发动机设计和制造带来了革命性的变革。Si Cf/Ti复合材料代表了高推重比发动机用结构材料的发展方向,欧美国家设立了多项研究计划来发展Si Cf/Ti复合材料,技术水平已经达到或接近于实用状态。介绍了国内外对连续纤维增强钛基复合材料的研究现状及国内研究存在的一些问题,并对国内Si Cf/Ti复合材料的未来发展提出了一些建议。     

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。     

单纤维增强SiCf/SiC陶瓷基复合材料切削机理研究

根据SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的结构特点构建了二维切削有限元分析模型,发现微裂纹在基体材料的萌生与扩展、增强相纤维对裂纹扩展的阻碍是切削该材料的基本去除方式。单纤维增强SiC_f/SiC陶瓷基复合材料切削过程是基体材料的裂纹不断萌生、扩展和增强纤维不断拉断、折断而形成切屑的综合过程,刀具与基体、纤维不断的脱离、接触导致切削力波动大,切削过程呈明显的随机波动特性。SiC纤维的存在对于控制裂纹的形成与扩展具有重要作用,SiC纤维限制了裂纹的扩展长度,使得形成的切屑尺寸较小,有利于提高表面加工质量。     

不同织构纤维增强SiC基复合材料的抗损伤性能

以四种织构纤维编织体(2.5D,三维四向,三维五向,三维六向)增强的SiC基复合材料为研究对象,研究不同织构纤维编织体损伤给复合材料结构带来的影响,并从纺织学角度分析此种现象.结果表明,2.5D织构纤维编织体结构整体性较好,在表层纤维受损的情况下,依旧保持良好的三维整体性,所制备复合材料抗损伤性良好.而三维四向、三维五向和三维六向织构纤维编织体结构整体性较差,在表层纤维受损的情况下,纤维编织体的整体性遭到致命破坏,复合材料出现低应力断裂,抗损伤性很差.     

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料自动铺放技术研究进展

连续纤维增强热塑性树脂基复合材料具有力学性能优异、使用温度区间广、可二次加工等独特性能优势,在航空等领域取得了长足发展.为进一步提高该类材料的生产加工效率,以自动铺放技术为代表的自动化加工技术成为当前研究的热点.本文在介绍了自动铺放技术的相关概念和连续纤维增强热塑性树脂基复合材料相关材料体系的基础上,总结了自动铺放技术...     

关于Ti合金界面相的研究进展

回顾了有关钛合金界面相研究的情况，包括界面相的微观形态及与基体的位相关系、界面相的形成及对力学性能的影响，并对各种观点进行了初步的评述。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展

连续SiC纤维增强钛基(SiC_f/Ti)复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点,在航空航天领域具有重要的应用前景。本文总结了SiCf/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术,并提出了SiCf/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。SiC_f/Ti复合材料单向性能优异,在环类转动件(叶环、涡轮盘等)、杆件(涡轮轴、连杆、紧固件等)以及板类构件(飞机蒙皮等)具有明显应用优势。常用的SiC_f/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法,箔压法适合制备板类结构件,基体涂层法适用于缠绕形式的结构件,如环、盘以及杆等。SiC_f/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性,通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。钛合金基体可通过物理气相沉积的方法涂敷到纤维表面,制备出钛合金先驱丝,这是后续制备出高质量构件的关键。界面微观结构、热稳定性、力学性能与纤维表面的涂层密切相关,因此涂层种类和结构调控是SiC<...     

连续玻璃纤维增强热塑性复合材料工艺及力学性能的研究

选择三种国产高性能热塑性树脂 ,聚醚砜、酞侧基聚醚砜、酞侧基聚醚酮和高强玻璃纤维粗纱 ,采用连续预浸渍技术和高温、高压成型工艺 ,确定出合理的工艺参数 ,分别制备了树脂基体试件和单向板试件 ,并对其进行了相关力学性能试验研究。通过扫描电镜对单向板试件断口进行了分析     

束丝SiC纤维增强铝复合材料界面TEM研究

利用透射电镜 (TEM )对由几种不同方法制备的束丝SiC纤维增强铝复合材料 (包括超声液相浸渗法制备的复合丝、由复合丝热压得到的板材以及由真空液相压渗法制备的板材等 )的界面微观特征进行了研究 ,结果显示 ,制造态及 5 5 0℃× 1h热暴露条件下复合材料没有发生界面反应 ,在 6 5 0℃× 1h热暴露条件下有厚度 10 0～2 0 0nm的界面反应区。该研究表明 ,SiC/Al复合材料在制备工艺条件下具有有良好的界面化学相容性     

CSCVI法制备C布增韧SiC基复合材料及其微观结构

为了提高CVI法制备C/SiC复合材料的致密化速度 ,提出了连续同步CVI(CSCVI)法制备C布增韧SiC基复合材料的技术路线 ,制备了C/SiC复合材料 ,并观察了其微观结构。实验结果表明 ,在CSCVI工艺中 ,SiC基体沉积速度越快 ,材料的致密化程度越大且致密效果越好。同时 ,SiC基体沉积速度只由沉积温度与MTS(CH3 SiCl3 )流量控制 ,使工艺的可操作性增强 ,工艺参数可在较大范围内变动     

纤维增强复合材料力学性能预测及试验验证

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料结构力学性能预测问题,基于复合材料细观力学有限元方法,研究建立了代表体积元(RVE)模型,并施加周期性边界条件,实现了纤维增强复合材料基本力学性能的预测。通过将应用上述RVE模型所获取的B/Al纤维增强复合材料力学性能预测结果与解析解和试验数据进行对比表明,施加周期性边界条件的RVE模型的力学性能预测结果与解析解和试验数据吻合良好,验证了所建立计算模型的有效性。基于单向连续纤维增强SiC/TC4复合材料板材的力学性能测试试验,获取了不同铺层方案结构的纵向/横向弹性模量和泊松比,得到的纵向/横向弹性模量计算值与各自试验值均值的误差均小于5%,表明弹性力学性能参数基本一致,计算模型具有合理性。      

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

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。      

Mechanical behavior and properties of fiber reinforced ceramic matrix composites for high temperature use

Ceramics can keep their mechanical characteristics up to 2 000℃ or higher.In this paper,A model to predict ultimate strength of continuous fiber-reinforced brittle matrix composites is developed.A statistical theory for the strength of a uni-axially fiber-reinforced brittle matrix composite is presented.Also a semi-empirical frictional heating method for estimating in-situ interfacial shear in fiber-reinforced ceramic matrix composites was improved.Local uneven fiber packing variation as well as uneven micro-damage during fatigue can be expected to have effects on the composites:generation of frictional heating,thermal gradients,and residual stresses around local fiber breaks.This study examined those engineering interests by the finite element method.      

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。     

加热方式对C／SiC复合材料结构与性能的影响

利用化学气相浸渗法制备了 C/ Si C复合材料 ,研究了两种加热方式 (电阻加热和中频感应加热 )下 Si C沉积物形貌、沉积机制以及复合材料结构和性能。结果表明 :电阻加热时沉积单元为高温熔滴 ,Si C沉积物为卵石形貌 ;感应加热时沉积单元为 Si C固体粒子 ,Si C沉积物为粒状形貌。电阻加热时高温熔滴易于渗入纤维束内部 ,复合材料结构均匀 ,致密度高 ;而感应加热时 Si C固体粒子多以团聚体的形式沉积在纤维束表面 ,难于渗入纤维束内部 ,复合材料结构均匀性差 ,难以致密。沉积机制的差异导致两种复合材料的结构差异 ,使得复合材料的力学性能不同 ,电阻加热时复合材料弯曲强度、断裂韧性和断裂功较高 ;感应加热时复合材料性能较低