航空发动机陶瓷基复合材料无损表征技术研究进展

随着陶瓷基复合材料在先进航空发动机热端部件中的推广应用,对其在工艺研发、制备加工、试验考核以及使用服役等阶段形成的缺陷/损伤进行高效准确的无损表征就变得尤为重要。由于陶瓷基复合材料复杂的制备成型工艺及多相复合引起的高度非均质和各向异性,导致传统基于整体均质化假设的无损检测技术面临诸多挑战。本文结合陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用情况,分析了其在制备、加工及服役等阶段的典型缺陷/损伤类型及特征,重点回顾了近年来陶瓷基复合材料无损表征技术的研究进展及应用情况,总结了现有无损表征技术面临的主要挑战,并对未来的发展趋势进行了展望。     

基于多设计点方法的陶瓷基材料涡桨发动机热力循环分析

为了研究陶瓷基复合材料(CMC)对先进民用涡桨发动机总体性能带来的提升,建立了双转子燃气发生器自由涡轮式涡桨发动机多设计点热力循环分析模型,并编制了相应的程序.计算分析了采用常规金属材料、仅高压涡轮导向器采用CMC以及整个高压涡轮部件采用CMC的涡桨发动机总体性能.结果表明:(1)高压涡轮导向器采用CMC且保持高压涡轮...     

基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制

 随着现代飞机液压系统向高压、大功率方向发展,周期性流体脉动更容易在液压能源系统中产生流固耦合振动,导致液压管路疲劳破坏。针对被动式流体脉动抑制方法不具备自适应性、对低频脉动抑制效果差等缺点,提出了基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制方法,即在与能源主管路连通的分叉管路上安装压电陶瓷驱动伺服阀主动消振器,通过主动消振器的溢流产生次级脉动波与主管路中原有压力波相互抵消,使管路中流体脉动减小。并针对流体脉动周期性特点,提出一种在线频率估计的自适应前馈控制方法,利用参考传感器测量泵源脉动信号,在线获取脉动频率,并以此频率构造控制器的参考输入信号,实现对流体脉动的主动控制。为验证所提方法的有效性,设计了主动消振实验平台。实验结果表明,所提出的脉动主动控制方法具备很强的自适应性,能对流体脉动进行很好的抑制。     

陶瓷基复合材料单纤维拔出力学分析

建立了考虑界面滑动摩擦的复合材料单纤维拔出力学模型,得到了包含泊松效应影响的基体轴向应力、纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.针对SiC/RBSN陶瓷基复合材料,在部分脱粘/滑移和完全粘结情况下,对纤维、基体、界面的应力分布进行了分析.计算结果与有限元计算结果相比,具有较好的一致性.结果表明:纤维百分含量的变化能够改变界面发生脱粘/滑移失效点的位置;界面发生脱粘/滑移后的脱粘扩展比界面完全粘结的脱粘扩展更容易发生;不考虑热不匹配的影响,仅通过增加界面摩擦系数不能使应力重分布发生很大变化.      

相组成与微结构对硅基陶瓷型芯性能的影响

对比研究了A、B两种硅基陶瓷型芯的相组成与微结构及其对陶瓷型芯性能的影响.结果表明,B型陶瓷型芯的综合性能优于A型陶瓷型芯.     

不同配比的二乙烯基苯/聚碳硅烷热交联对SiC陶瓷显微结构的影响

研究了不同配比的二乙烯基苯(DVB)／聚碳硅烷(PCS)热交联对陶瓷显微结构的影响。通过加热的方法调节体系粘度，满足了降低DVB配比条件下的交联工艺要求。结果表明：交联中适当地降低DVB配比，可增加交联产物的致密化程度，从而增加SiC陶瓷的致密化程度，有利于陶瓷显微结构的改善。     

先驱体转化法制备低成本碳纤维增强陶瓷基复合材料研究

综述了影响碳纤维增强陶瓷基复合材料成本的主要因素，比较了采用不同先驱体原料和制备工艺制备的陶瓷基复合材料的制备周期、成本及性能，为先驱体转化制备低成本陶瓷基复合材料提供一些参考。     

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。     

陶瓷基复合材料的发展及在航空宇航器上的应用前景

本文综述了陶瓷基复合材料的发展及近况。简要介绍了颗粒、晶须及纤维增强的陶瓷复合材料的制备。以微观力学的观点分析探讨了陶瓷复合材料的最优化设计,展望了它作为未来新型高温热结构材料在航空、宇航器上的应用前景。