超高温抗氧化碳陶复合材料研究进展

综述了国内外近年来陶瓷涂层抗氧化改性C/ C 复合材料和陶瓷基体抗氧化C/ C 复合材料研究

与应用的新进展, 主要包括1 800℃以下、1 800 ~2 200℃和2 200℃以上不同使用温度范围的抗氧化陶瓷涂层

以及SiC 陶瓷和超高温陶瓷基体改性复合材料。指出了目前高超声速飞行器2 200℃以上超高温抗氧化热防

护材料研究中存在的问题,提出了今后研究的方向。

     

前驱体浸渍裂解过程中SiC/SiC复合材料微观工艺应力模拟研究

前驱体浸渍裂解工艺（PIP）是SiC/SiC复合材料的一种近净成形制备方法，但前驱体裂解过程中产生的应力阻碍了该工艺的产业化应用。本文构建了一种化学-力学耦合模型来研究前驱体裂解过程中应力的产生和演化机理。首先以反应动力学模型描述了前驱体的裂解过程；其次基于三相球模型建立了一个解析模型计算基体的均匀化力学性质；最后结合上述模型构建了有限元模型，在微观尺度模拟计算了代表性体积单胞（RVC）内的工艺应力演变。结果表明：基体在贫基体的界面处承受显著的环向拉伸应力；对于由纯前驱体组成的基体，基体内的工艺应力主要是由裂解过程引起的化学收缩导致的，受温度引起的热膨胀影响较小；随着PIP循环次数的增加，化学收缩和热膨胀的角色发生互换。     

熔融渗硅对不同类型C/C复合材料微观结构及性能的影响

选用了三种不同结构的C/C多孔体进行液硅熔渗,采用扫描电镜、X-射线衍射、微纳CT、压汞等方法表征了熔渗前后材料的微观形貌、物相组成及孔隙结构.结果 表明,熔渗后材料显气孔率均小于2％,实现了较好的致密化,C/C多孔体熔渗过程中可以采用高残碳树脂裂解形成的树脂碳或化学气相沉积形成的裂解碳进行保护,熔渗后其弯曲强度分别提...     

碳纤维特性对C/ C 复合材料界面性能的影响

分别采用扫描电镜、比表面积与孔体积分析仪等手段对日丝(RS-Cf ) 和美丝(MS-Cf ) 两种碳纤 维进行表面状态表征分析,通过纤维顶出试验、冲剪强度和弯曲强度对两种纤维制备的C/ C 复合材料界面性 能进行了微观和宏观测试,研究了不同表观结构纤维对C/ C 复合材料界面性能的影响。纤维表面形貌观察结 果表明:圆形RS-Cf 表面沟槽比腰果形MS-Cf 明显,但沟槽数量少于MS-Cf,而MS-Cf 的比表面积、孔体积和 孔径均大于RS-Cf。RS-C/ C、MS-C/ C 复合材料界面强度分别为2. 98 和3. 80 MPa;RS-C/ C 复合材料的弯曲 和冲剪强度分别为55. 9 和32. 0 MPa,低于MS-C/ C 复合材料的65． 0 和35. 2 MPa,微观和宏观力学性能均表 明MS-C/ C 复合材料的界面强度高于RS-C/ C 复合材料。     

Assessment of two quasi-static approaches to mimic repeated impact response and damage behaviour of CFRP laminates

Full impact damage tolerance assessment requires the ability to properly mimic the repeated impact response and damage behaviour of composite materials using quasi-static approximations. To this aim, this paper reports an experimental investigation evaluating two quasi-static methods for mimicking repeated impact response and damage behaviour of Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) composite laminates. In this study, an 8.45-J single impact was repeated 225 times and mimicked with 225 times 6.51-J quasi-static (energy equivalent) indentations and with 225 quasi-static (force equivalent) indentations following the recorded impact peak force variation. Results show that the loading rate and the inertial effect are the two major factors affecting the responses of the composite laminates under out-of-plane concentrated loading. Both the energy- and force-equivalent quasi-static indentations failed to reproduce the impact responses greatly associated with high loading rate and inertial effect. The force-equivalent quasi-static indentations were performed in a semi-automatic way and induced damage states more similar to those of the repeated impacts than those of the energy-equivalent quasi-static indentations, whereas the latter can be better automated and has better reproducibility compared to that of the repeated impact responses, as it is less dependent on high loading rate and inertial effect.     

先驱体转化─热压烧结法制备C_f/SiC复合材料

以Y2 O3-Al2 O3和MgO -Al2 O3为烧结助剂体系 ,研究了烧结助剂体系及其含量对Cf/SiC复合材料密度与力学性能的影响。结果表明 ,以Y2 O3-Al2 O3为烧结助剂时 ,复合材料的力学性能优于烧结助剂为MgO -Al2 O3时复合材料的力学性能。当烧结助剂为Y2 O3-Al2 O3时 ,随着烧结助剂含量的增加 ,复合材料力学性能不断提高 ,断裂韧性在烧结助剂含量为 12 %时达到最大值 14.83MPa·m1/ 2 。进一步增加烧结助剂的含量 ,复合材料的抗弯强度虽有提高 ,但断裂韧性急剧降低。烧结助剂含量超过 15%后 ,抗弯强度也急剧降低。结果同时证明 ,复合材料的断裂行为取决于纤维 /基体间的界面结合强度 ,即纤维 /基体间的界面结合情况是决定纤维增强陶瓷基复合材料力学性能的关键因素     

碳纤维表面状态对C/C复合材料性能影响的研究

用两种经高温处理的碳纤维织物,以酚醛树脂作为基体先驱体,制备了二维C／C复合材料。通过扫描电镜（SEM）,X－射线光电子能谱（XPS）研究了两种碳纤维（TCF和JCF）的表面状态,测试了C／C复合材料（TCC和JCC）的层间剪切强度,拉伸性能,SEM观察表明,TCF及JCF表面都有沟槽,但TCF横断面呈腰子形非圆形,XPS分析表明TCF表面含氧官能团数量多,力学测试结果为：TCC层间剪切强度（ILSS）高于JCC,达到16．1MPa;TCC拉伸强度,模量均高于JCC,而JCC断裂延伸率达1．1％,是TCC的3倍,拉伸断口SEM分析表明,TCC断口平整,无纤维拔出,呈脆断,JCC断口有纤维拨出,是纤维控制的多层基体断裂。     

Experimental and numerical investigation of mechanical behavior of plain woven CFRP composites subjected to three-point bending

The mechanical behavior of plain woven Carbon Fiber-Reinforced Polymer (CFRP) composites under Three-Point Bending (TPB) is investigated via experimental and numerical approaches. Multiscale models, including microscale, mesoscale and macroscale models, have been developed to characterize the TPB strength and damages. Thereinto, Representative Volume Elements (RVEs) of the microscale and mesoscale structures are established to determine the effective properties of carbon-fiber yarn and CFRP composites, respectively. Aimed at accurately and efficiently predicting the TPB behavior, an Equivalent Cross-Ply Laminate (ECPL) cell is proposed to simplify the inherent woven architecture, and the effective properties of the subcell are computed using a local homogenization approach. The macroscale model of the TPB specimen is constructed by a topology structure of ECPL cells to predict the mechanical behavior. The TPB experiments have been performed to validate the multiscale models. Both the experimental and numerical results reveal that delamination mainly appears in the top and bottom interfaces of the CFRP laminates. And matrix cracking and delamination are identified as the significant damage modes during the TPB process. Finally, the quasi-static and dynamic behaviors of plain woven composites are discussed by comparing the results of Low-Velocity Impact (LVI) and TPB simulations.     

拉伸载荷下正交三向机织复合材料接头失效多尺度渐进损伤分析

针对机械打孔三维机织复合材料耳片接头的单轴拉伸破坏性能，采用多尺度分析方法研究孔边纱线破坏过程。结果表明，正交三向（ORT）机织复合材料接头孔边的连续的经纱出现大量的纵向损伤；纬纱单元出现大量横向损伤，损伤沿着孔边45°方向逐渐扩展，纬纱发生剪切失效，最终接头的损伤形式为剪切破坏。数值模拟和试验结果的误差为1.14％，验证了多尺度有限元仿真方法的正确性。孔边细观区域的纱线损伤从孔边扩展到边接头边缘。孔边纱线的分布位置不同，纱线的破坏形式虽不一样，但是不影响破坏的扩展趋势。     

穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击性能试验研究

针对普通泡沫夹层复合材料层间性能较弱的问题，提出在泡沫上预先打孔的方法，在泡沫芯材中形成胶钉从而提高泡沫夹层材料的力学性能，并对穿孔泡沫夹层复合材料的低速冲击性能进行了研究。通过手糊和真空辅助成形工艺制备穿孔泡沫夹层复合材料试验件，对其进行不同能量的低速冲击试验，记录接触力、冲头位移和能量吸收率等力学响应，并采用目视检测和超声C扫无损检测两种方法确定冲击损伤的范围，探究胶钉密度、打孔深度和泡沫槽宽等变量对穿孔泡沫夹层复合材料低速冲击阻抗性能的影响。试验结果表明，随着冲击能量的增加，最大接触力、最大冲头位移和残余变形均增加，凹坑深度和内部损伤面积也增大，同时结构的能量吸收率也有所提高；适当地增加胶钉密度和泡沫槽宽能提高穿孔泡沫夹层材料的低速冲击阻抗性能，而泡沫孔深度对其冲击性能的影响较小。