3D C/SiC复合材料的力学性能

对三维四向编织结构炭纤维增强碳化硅基复合材料的弯曲、断裂韧性和拉伸性能进行研究,利用扫描电镜(SEM)观察材料的断口形貌,获得该材料主要的力学性能及破坏规律.研究结果表明:三维C/SiC复合材料具有较高的弯曲强度和断裂韧性,最高值分别为465 MPa和15.1 MPa·m1/2;界面结合适中的材料纤维与纤维束被大量拔出,表现出较好的假塑性断裂特征;材料的拉伸强度最高达到168 MPa:材料在拉伸过程中,其纤维束在外力作用下向受力的轴向靠拢,纤维束间的夹角减少,材料总应变增加.     

SiC涂层C/C复合材料应力氧化失效行为

在氧化性气氛(21% O2 79% Ar)、不同拉应力下研究SiC涂层C/C复合材料在1 000 ℃和1 300 ℃的氧化失效行为;采用扫描电镜观察SiC涂层C/C复合材料氧化失效后的断口形貌.试验结果表明:当温度为1 000 ℃,拉应力由C/C复合材料拉伸强度的20%增加至50%时,SiC涂层C/C复合材料的应力氧化明显加剧,寿命由大于5.00 h缩短到2.92 h,应力对SiC涂层C/C复合材料的寿命有显著影响;当拉应力为C/C复合材料拉伸强度的50%,温度为1 000 ℃和1 300 ℃时,材料均在低温区断裂,应力氧化寿命分别为2.92 h和2.62 h,温度对应力氧化寿命的影响不明显;应力氧化失效以纤维的氧化失效为主,外加拉应力起促进作用.     

CVD SiC涂层的C/SiC复合材料的弯曲性能

以针刺整体毡为预制体制备C／SiC复合材料,在材料表面制备CVD SiC涂层,研究涂层试样氧化前、后的微观结构和室温弯曲性能。研究结果表明：CVD SiC涂层由球形颗粒熔聚体、裸露裂纹和附着裂纹组成,于1400℃氧化时附着裂纹发生愈合;C／SiC试样的弯曲强度为119．9MPa,涂层试样及其分别经1000,1200和1400℃连续氧化5h后,弯曲强度分别为188．5,41．0,60．7和104．5MPa;随氧化温度的升高,SiC涂层的保护作用增强是残留弯曲强度提高的根本原因：C／SiC试样、涂层试样和经1200和1400℃氧化的试样均表现为分层断裂,纤维束边缘区域炭的适度氧化弱化了纤维／热解炭界面,使氧化试样表现出明显的假塑性;经1000℃氧化的涂层试样,由于纤维束的严重氧化,表现为脆性断裂特征。     

短碳纤维／丁腈橡胶复合材料拉伸模量的研究

研究了丁腈橡胶被短碳纤维增强后拉伸模量的变化．通过实验，发现在采用Ｈａｌｐｉｎ－Ｔｓａｉ方程对短纤维／橡胶复合材料的拉伸模量进行预测时，纤维增强作用的度量系数取值的局限性，并对值进行了修正．修正后预测值与实验结果有较好的一致性．     

SiC/C功能梯度材料的热-应力耦合分析

建立SiC/C功能梯度材料(FGMs)和SiC、石墨直接结合层状材料(无过渡层)的热应力耦合问题的计算数学模型;采用ANSYS10.0有限元分析程序对2类材料的应力场分布进行模拟,获得其在1 000℃热载荷下的应力场分布图,并比较二者应力分布状态,以实现SiC/C FGMs组分与结构的优化设计。研究结果表明:SiC/C FGMs比SiC和石墨直接结合层状材料具有显著的缓和热应力的优势,前者的最大应力比后者的小,过渡层数愈多,最大应力愈小,SiC/C-11的最大应力约为后者的1/2;2类材料的应力分布形态均呈轴对称的平行排列的带状,所受应力均在界面层达到极大值,在各层中部达到极小值;随过渡层数增多,应力梯度减小,且沿厚度方向自SiC层至石墨层,界面层应力带愈来愈窄直至消失,界面应力实现最小化,SiC/C FGMs的过渡层数N以≥9为宜。     

C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能分析

复合材料因性能独特而备受关注,但其自身结构复杂且受到诸多因素的影响,因而对其摩擦学性能的研究仍有待进一步加强。为了对比不同摩擦配副对C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能的影响,以C/SiC复合材料为研究对象,运用销盘摩擦学试验方法,研究了C/SiC复合材料与45#钢以及C/SiC复合材料与ZrO₂材料摩擦配副的摩擦学性能,采用三维形貌仪等仪器对C/SiC复合材料摩擦后的表面进行表征分析,研究其摩擦后的表面质量及其储油性能。结果表明,C/SiC复合材料与45#钢磨损剧烈,摩擦后表面储油性能严重下降;其与ZrO₂对磨则摩擦系数较低,磨损量较小,摩擦后的表面仍保持了较好的承载性能及储油性能,是一种良好的摩擦配副。研究结果为拓展C/SiC复合材料的应用及揭示其摩擦学特性提供了有力支撑。     

基于有限元计算细观力学方法的C/SiC复合材料碳纤维束的就位模量

基于有限元计算细观力学方法(finite element computational micromechanics,FECM),通过对C/Si C复合材料的C纤维束截面的实测,建立了六边形排列的代表特征体元(representative volume element,RVE)三维有限元模型。通过采用具有环向裂纹以及平行裂纹的两种C纤维束RVE有限元模型进行计算和分析,得出C纤维束的就位模量的决定因素包括初始的基体裂纹以及C纤维的就位性能。通过引入裂纹影响的折减系数,以及C纤维就位性能的折减系数,得到了C纤维束的5个就位模量,其中轴向就位模量与试验值十分接近,而其余4个就位模量还有待试验值的检验。     

纤维束复合材料在剪力作用下的力学性能

利用细观力学模型研究在剪力作用下复合材料的性质.以单纤维复合材料为基础,利用平面应变模型和有限元法计算了3根束和4根束纤维增强复合材料的弹塑性应力-应变关系.对不同的细观结构的复合材料非线性性能进行了数值比较.     

编织结构三维仿真及其对C/SiC复合材料性能的影响

以连续碳纤维增强的碳化硅复合材料为研究对象,利用计算机仿真技术实现了纤维预制体结构的三维仿真;同时采用CVD PIP联合工艺制备了2.5D与三维四向2种结构的C/SiC复合材料,研究了预制体结构与复合材料力学性能之间的关系。结果表明:三维四向编织结构C/SiC复合材料的x向弯曲强度达到399.2 MPa,层间剪切强度达到38.1 MPa,断裂韧性达到16.0 MPa.m1/2,各项力学性能均高于2.5D编织结构的C/SiC复合材料的力学性能。     

SiC/SiC复合材料疲劳与蠕变性能研究进展

随着航空航天领域对长时抗氧化及可重复使用高温材料提出日益迫切的需求，SiC/SiC复合材料正成为当前的研究热点。总结了近年来SiC/SiC复合材料疲劳及蠕变性能方面的研究进展，综合分析了温度、载荷、频率及燃气环境对疲劳性能的影响，以及纤维类型、温度与载荷、频率和基体类型等对蠕变性能的影响。     

短切碳纤维C/SiC陶瓷基复合材料的动态力学性能研究

对三种不同短切碳纤维体积含量(16%、21%、24.8%)的C/SiC复合材料利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行了常温下的冲击力学试验。根据不同应变率下的试验结果分析了其动态破坏强度和应变率效应的关系,阐明了其破坏机理。实验结果表明:三种短切碳纤维体积含量的C/SiC陶瓷基复合材料的动态应力-应变曲线光滑无震荡,且具有一定的自相似性。在近似平均应变率下,当短切碳纤维体积含量的不断提高,则C/SiC复合材料的破坏程度不断降低,整体性越来越好,说明短切碳纤维体积含量的提高对C/SiC复合材料的强度有着积极的作用。     

碳纤维复合材料低成本多用途发展展望

碳纤堆复合材料低成本是一个主要的发展趋势。本文从发展高性价比碳纤维,制备工艺及成型技术和扩展应用领域等方面对其发展趋势进行论述。     

预氧丝原位炭化无粘结剂C/C复合材料氧化动力学研究

采用恒温热重法测定了在空气中,０．１ＭＰａ,６７３Ｋ到９７３Ｋ下预氧丝（即预氧化聚丙烯腈纤维）原位炭化无粘结剂Ｃ／Ｃ复合的氧化失重率;并利用扫描电镜分析了这种复合材料氧化前后的结构,氧化动力学测定结果表明：该材料在氧化开始时,其氧化速率随时间的增长而增大,然后随时间的延长而减小,并趋向恒定,研究表明：该材料中预氧丝与基体炭界面结合处是空气中氧的扩散通道,杂质为空气中氧的吸附起到了有附活性中心的催化     

预氧丝原位炭化无粘结剂C／C复合材料工程研究

从简化工艺、降低成本的目的出发,研究了以生石油焦为基体材料,以廉 ＰＡＮ－ＯＦ（聚丙烯腈预氧丝）代替ＣＦ作为增强纤维,不加粘结剂直接成型再原位炭化制备高性能Ｃ／Ｃ复合材料的可行性。实验表明,这种新工艺具有原材料便宜,工艺流程短操作简单等特点,有大幅度降低Ｃ／Ｃ复合材料制造成本的潜力。     

PAN基炭纤维中石墨微晶的取向度及其与抗拉模量的关系

本文采用单色Ｘ射线透射平板照相法，测定了ＰＡＮ基炭纤维高温热处理后其内部石墨微晶的取向度，讨论了高温热处理条件对取向度的影响，以及取向度与抗拉模量的关系。结果表明：热处理温度越高，取向度愈小，抗拉模量愈高；升温速加快时，取向度增大，说明微晶折择优取向过程需要一定的时间。     

纳米涂层在碳纤维/环氧基复合材料中的应用

该文研究纳米级氧化物涂层对碳纤维／环氧基复合材料的界面性能和耐热性能的影响。采用溶胶-凝胶法在碳纤维的表面涂覆了氧化铝和钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层，透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为10nm。通过比较氧化物涂层前后碳纤维／环氧复合材料的力学性能发现，Al2O3和YSZ涂层后使复合材料的层间剪切强度分别提高了17．7％和52．0％，拉伸强度和弯曲强度也均稍有提高。且在碳纤维表面形成的A12O3或YSZ涂层在350～700℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率。     

高岭土原位碳热还原制备Al2O3/SiC复相陶瓷材料的研究

详细介绍了利用高岭土通过原位反应及热压烧结制备Al2O3/SiC复相陶瓷材料.探索了以天然矿物高岭土,碳作为原材料,低成本合成制备高性能Al2O3/SiC复相陶瓷的新方法.首先,在原位碳热还原反应中,高岭土和碳在流动氩气氛中合成制备Al2O3/SiC复相陶瓷粉,对合成反应的热力学过程进行理论分析和实验研究,对合成的Al2O3/SiC复相陶瓷粉进行了DTA和XRD分析,分析表明陶瓷粉的合成过程分两步,第一步是高岭土自身的脱水,第二步是SiO2被还原的过程及制备出Al2O3/SiC复相陶瓷粉.研究表明,最佳的粉末合成温度为1550℃;其次,Al2O3/SiC复相陶瓷粉通过热压烧结合成制备Al2O3/SiC复相陶瓷,烧结助剂的添加有助于降低烧结温度.复相陶瓷抗弯强度达到420 MPa,相对密度达到98%,硬度HRA89.     

碳短纤维预制件制备工艺研究

采用SEM观察了预处理前后的碳纤维以及碳纤维预制件的形貌。结果表明：预处理使碳纤维长径比满足制备合格预制件的要求，并有利于纤维在预制件中的均匀分散及预制件的成型；本工艺制备出的预制件纤维分布均匀，表面无团聚，碳纤维无氧化，可用于液态模锻法制备碳短纤维增强金属基复合材料。