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.      

SIMULATION OF COMPOSITE NON-LINEAR MECHANICAL BEHAVIOR OF CMCS BY FEM-BASED MULTI- SCALE APPROACH

The non-linear behavior of continuous fiber reinforced C/SiC ceramic matrix composites （CMCs） under tensile loading is modeled by three-dimensional representative volume element （RVE） models of the composite. The theoretical background of the multi-scale approach solved by the finite element method （FEM） is recalled first- ly. Then the geometric characters of three kinds of damage mechanisms, i.e. micro matrix cracks, fiber/matrix interface debonding and fiber fracture, are studied. Three kinds of RVE are proposed to model the microstructure of C/SiC with above damage mechanisms respectively. The matrix cracking is modeled by critical matrix strain en- ergy （CMSE） principle while a maximum shear stress criterion is used for modeling fiber/matrix interface debond- ing. The behavior of fiber fracture is modeled by the famous Weibull statistic theory. A numerical example of con- tinuous fiber reinforced C/SiC composite under tensile loading is performed. The results show that the stress/ strain curve predicted by the developed model agrees with experimental data.     

ZnO透明导电薄膜制备及紫外辐照处理特性研究

ZnO作为一种典型的透明导电氧化物（Transparent conductive oxide,TCO）材料,具有同氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)相比拟的光电性能,其原料丰富、绿色环保、易于制备、生成成本低等优点使ZnO成为最有希望替代ITO的材料。本文以玻璃为衬底,利用量子点种子层作为缓冲层,采用传统水热方法制备了低成本ZnO透明导电薄膜,采用特殊的紫外光辐照工艺对薄膜进行后处理,探索薄膜生长参数和紫外光辐照处理工艺对其透光率和导电性的影响。结果表明,紫外辐照处理不影响薄膜的透光性能,而使材料的方块电阻降低3个数量级,数值从没处理时的1.5×105 Ω/□降低到 150 Ω/□,极大地提高了薄膜的电导率,为ZnO薄膜材料电导率的提高提供了一个简单高效的途径。     

含炔基有机硅杂化聚合物的合成及热稳定性

采用双乙炔基封端的硅氮烷单体(双(4-乙炔基苯胺基) 二苯基硅烷,M1) 与含不同二甲基硅基
结构单元[—Si( CH3 )2—,—Si( CH3 )2—O—Si( CH3 )2—和—Si( CH3 )2—O—Si( CH3 )2—O—Si( CH3 )2—] 的
双溴苯基封端单体进行Sonogashira 交叉偶联反应,制备出一系列含炔基有机硅杂化聚合物。通过红外( FTIR)
、核磁氢谱(1H-NMR) 和凝胶渗透色谱( GPC) 对聚合物的结构和分子量进行了表征,并采用热重分析
(TGA)对聚合物的热性能进行了研究。结果表明,二甲基硅基结构的引入显著提高聚合物的溶解性,各组聚
合物均展现出良好的热稳定性能,其中引入—Si(CH3)2—结构的聚合物具有相对最好的热稳定性。     

MD-130 胶黏剂固化工艺及空间适用性研究

为满足航天电子产品的工艺实施和空间服役要求,本文详细开展了MD-130胶黏剂的固化工艺及空间适应性研究。结果表明,在150℃等温固化60 min后其拉伸剪切强度达到18 MPa,表明其为优选的固化工艺。高低温环境冲击和低剂量的粒子辐照后胶黏剂固化反应更加充分,其芯片剪切强度提高,而大剂量辐照致使高分子降解现象明显,造成了胶接强度的降低。经环境试验后,MD-130胶黏剂仍具有良好的力学性能,满足设计使用要求。     

WC/C复合涂层海水环境的耐蚀性与摩擦性能

采用非平衡磁控溅射技术在304L不锈钢和单晶硅基底上沉积WC/C多层复合涂层,利用扫描电镜、Raman光谱仪、X射线衍射仪等研究WC/C复合涂层的微观结构,采用纳米压痕仪、划痕测试系统测试涂层的力学性能,利用电化学测试系统和摩擦磨损试验机分别研究涂层在人工配置的海水环境的耐蚀性能和摩擦性能。结果表明:WC/C复合涂层内含有较多类石墨sp2键结构,存在WC1-x相并镶嵌在非晶碳基质中。较之于304L不锈钢基底,WC/C复合涂层在海水环境中表现出更好的耐蚀性与更优异的摩擦适应性。     

三维编织复合材料力学性能的实验研究

本文考察了三维编织方法的发展历史及应用背景,针对不同的编织方法,研究了所产生的编织复合材料基本“单胞”结构,以及不同编织参数对复合材料构件基本力学性能的影响,着重比较研究了二步法及四步法所形成构件与层合板构件的结果。采用反射光弹技术考察了编织复合材料的孔边应力集中现象,得到了有益的结果。本文针对三维立体织物的特点,研究使用了RTM成型工艺,得到了较好的编织试验件。     

植物纤维水泥复合材料复合机理

一年生植物纤维水泥复合材料是一种具有广阔应用前景的新型复合材料。它是以一年生植物──农作物秸杆（碎料）为增强纤维，水泥为基体（并起粘结剂作用），经特定工艺成型的复合材料。本文从复合材料力学的观点出发，对这种复合材料的复合机理，包括其增强相、基体相、界面相及其复合效果等方面进行了研究。结果表明：在添加剂的成功使用下，一年生植物纤维和水泥取得了良好的界面复合效果，其主要力学性能已达到或超过了与之相似的木质水泥刨花板。     

有机高分子絮凝剂处理高浊度原水效果和机理研究

本文研究了有机高分子絮凝剂ＰＡＭ、ＣＴＡＢ及它们的复配ＰＡＭ＋ＣＴＡＢ处理高浊度原水的最佳实验条件、絮凝性能、效果和机理，为有机高分子絮凝剂的选择和管式絮凝器的研制提供了理论依据。     

M46J高模量碳纤维预浸QY8911纤维束性能研究

以航空发动机应用为背景，研究了M46J／QY8911缠绕复合材料的预浸纱制备方法及性能，根据M46J特性，对现有的GB3326中纤维束力学性能测试试样的加强方式进行了改进，制作了M46J浸渍QY8911树脂的纤维束试样并测试其力学性能，同时与M46J浸渍环氧树脂的纤维束的力学性能进行比较，研究表明，不同树脂特性，不同固化工艺以及制造中所施加的张力都会影响到纤维束的纤维利用率。