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C/SiC复合材料微观结构及其纳米力学性能
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作者 袁建宇 谢国君 +3 位作者 房金铭 逄锦程 韩露 卢鹉 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第4期95-102,共8页
C/Si C复合材料是一种包括C纤维、Si C基体以及二者间热解碳界面层的多相材料,本文对纤维、基体和界面的微观结构及纳米力学性能进行了分析和测试,从而与宏观力学性能测试结果形成互补。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(... C/Si C复合材料是一种包括C纤维、Si C基体以及二者间热解碳界面层的多相材料,本文对纤维、基体和界面的微观结构及纳米力学性能进行了分析和测试,从而与宏观力学性能测试结果形成互补。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等手段对C/Si C复合材料截面精细化结构进行了表征,并采用纳米压痕技术对典型代表区域的硬度和折合模量进行了测试。结果发现:C/Si C复合材料中的C纤维呈“皮芯”结构,其直径约为7μm,表皮1.5μm范围内的环状区域硬度为(5.45±0.28) GPa,折合模量为(33.1±1.4) GPa;芯部区域硬度为(6.85±0.21) GPa,折合模量为(33.8±0.34) GPa。Si C基体包括三种形态:纤维布层间分布的大块基体;大块基体周围分布的小块基体;在单个纤维束内、不同纤维丝间分布的细小基体。由于上述三类基体经历的高温裂解环境不同,因此在硬度和折合模量上均存在明显差异,硬度分别为(34.8±2.64)、(23.6±2.27)以及(21.3±1.81) GPa,折合模量分别为(210±19.7)、(165±8.58)、(124±10.8) GPa。C纤维和Si C基体之间的界面层厚度约为0.3μm,力学性能测试方差较大,介于纤维和基体之间,起到了性能过渡的作用,其硬度为(13.6±3.03)GPa,折合模量为(99.3±13.0) GPa。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 纤维 基体 界面 硬度 折合模量
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高温环境下2.5D针刺C/SiC复合材料失效机理及多尺度失效分析方法研究
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作者 陈亮 孟琳书 +6 位作者 张音旋 王广帅 曹奇凯 赵铭卓 吴涛 高希光 宋迎东 《陶瓷学报》 北大核心 2025年第1期139-149,共11页
针对2.5D针刺C/SiC复合材料的失效破坏进行了试验和仿真计算研究。开展了室温、500℃、1000℃无氧环境下0°层、网胎层材料的拉伸、压缩破坏试验以及2.5D针刺C/SiC复合材料的拉伸、压缩和弯曲破坏试验,并利用电子显微镜对试验件断... 针对2.5D针刺C/SiC复合材料的失效破坏进行了试验和仿真计算研究。开展了室温、500℃、1000℃无氧环境下0°层、网胎层材料的拉伸、压缩破坏试验以及2.5D针刺C/SiC复合材料的拉伸、压缩和弯曲破坏试验,并利用电子显微镜对试验件断口进行观察,分析了2.5D针刺C/SiC复合材料在不同温度下的损伤模式和失效机理。基于试验数据与观察结果,建立了通过单一铺层性能参数获取宏观针刺元件力学性能的方法,并依据多尺度理论和渐进损伤方法,借助Abaqus子程序二次开发进行了针刺C/SiC复合材料强度仿真分析。仿真预测的应力分布、失效模式与试验结果吻合较好,采用最大应变准则的强度预测精度可达94.7%,验证了分析方法在室温与高温环境下的准确性。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 多尺度分析 性能预测 失效分析
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激光超声复合刻划C/SiC表面损伤特性研究
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作者 许金凯 黄筠瀚 +2 位作者 王佳琦 于占江 李英 《航空制造技术》 北大核心 2025年第19期14-23,共10页
碳纤维增强碳化硅基体复合材料(C/SiC)作为典型的陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composite,CMC),具有高比强度、高比刚度、耐高温等优异性能,广泛应用于航空、航天、汽车等领域。为了探究不同能场作用下C/SiC复合材料表面的损伤形式,... 碳纤维增强碳化硅基体复合材料(C/SiC)作为典型的陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composite,CMC),具有高比强度、高比刚度、耐高温等优异性能,广泛应用于航空、航天、汽车等领域。为了探究不同能场作用下C/SiC复合材料表面的损伤形式,本文分别对3个典型纤维方向进行了常规刻划(Conventional scratching,CS)、激光辅助刻划(Laser-assisted scratching,LAS)以及激光超声复合刻划(Laser-ultrasonic hybrid scratching,L-UHS),对比3种刻划方式下的刻划力、表面形貌等差异,分析激光超声复合能场对材料表面损伤影响。结果表明,相比于CS与LAS,L-UHS可有效降低刻划力,提高材料可加工性。L-UHS在不同方向上呈现出不同的断裂方式转变:在平行方向,纤维弯曲断裂失效减少,材料主要失效形式为层间断裂;在倾斜方向和垂直方向,纤维失效形式由弯曲断裂向剪切断裂转变。本文为C/SiC复合材料的激光超声复合加工提供理论指导。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 材料去除 表面损伤 激光超声复合刻划(Laser-ultrasonic hybrid scratching L-UHS)
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C/SiC复合材料高温氧化损伤演化及氧化后力学性能退化的数值预测模型
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作者 刘斌 胡定国 +3 位作者 林晔 杨浩楠 杨腾飞 刘永胜 《航空制造技术》 北大核心 2025年第19期68-76,共9页
高温氧化引起的性能退化是制约C/SiC陶瓷基复合材料在航空航天热端部件中应用的关键因素。为准确预测其氧化损伤演化机制与力学性能退化行为,本文基于数值模拟方法开展了系统研究。首先,基于Fick扩散定律与氧化反应特征,引入化学反应消... 高温氧化引起的性能退化是制约C/SiC陶瓷基复合材料在航空航天热端部件中应用的关键因素。为准确预测其氧化损伤演化机制与力学性能退化行为,本文基于数值模拟方法开展了系统研究。首先,基于Fick扩散定律与氧化反应特征,引入化学反应消耗项与损伤因子,构建耦合扩散-反应的氧浓度控制方程及氧化状态演化模型。基于COMSOL平台,模拟二维织物叠层C/SiC复合材料在650℃下分别氧化2 h、4 h、6 h的氧气浓度场与氧化损伤因子分布,揭示氧浓度在不同结构区域的传输规律与损伤演化特征。进一步结合连续介质力学与渐进损伤理论,提出刚度有限退化与连续退化耦合的损伤演化方法,并在ABAQUS平台预测材料在氧化后的拉伸响应。研究表明,数值模拟所得应力-应变曲线及剩余强度与试验结果吻合良好,误差均小于10%。本文为C/SiC复合材料在高温服役条件下的氧化后力学性能预测及工程应用提供了理论支撑与数值分析手段。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 高温氧化 氧扩散 渐进损伤分析 力学性能退化
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2.5D C/SiC复合材料磁场/液体辅助皮秒激光制孔试验研究
5
作者 刘畅 王科骄 李丞 《航空制造技术》 北大核心 2025年第1期54-63,共10页
2.5D C/SiC复合材料是航空国防领域耐高温构件用关键复合材料,其高硬度、高耐磨性使该材料的高质量微孔加工异常困难。本文提出了一种基于磁场/液体辅助(MLM)的2.5D C/SiC复合材料皮秒激光制孔工艺,通过提取微孔的出/入口直径、锥度、... 2.5D C/SiC复合材料是航空国防领域耐高温构件用关键复合材料,其高硬度、高耐磨性使该材料的高质量微孔加工异常困难。本文提出了一种基于磁场/液体辅助(MLM)的2.5D C/SiC复合材料皮秒激光制孔工艺,通过提取微孔的出/入口直径、锥度、氧化、重铸层等特征,与皮秒激光加工(PM)、磁场辅助加工(MM)、液体辅助加工(LM)3种工艺进行了对比研究。结果表明,基于MLM的皮秒激光加工能够有效降低微孔的入口直径,同时增大出口直径,在两组不同的试验参数下分别获得了锥度1.3°及1.1°的微孔,比PM工艺的锥度分别降低了18.75%和45%,比MM工艺的锥度分别降低了13.33%和31.25%,比LM工艺的锥度分别降低了91.22%和79.63%。此外,利用EDS能谱分析、拉曼光谱以及XPS技术对制备的微孔开展了微观组织分析。可以发现,MLM工艺更有效地减少了孔壁的石墨化缺陷。其中,液体辅助避免了微孔入口处的氧化,同时清晰地观察到裸露的纤维和基体,有效避免了热损伤和重铸层缺陷。在皮秒激光制孔中,MLM的主要作用机制体现在液体的冷却效应、隔绝氧气机制,以及磁场纵向拉伸等离子体,从而减弱等离子体屏蔽效应。 展开更多
关键词 皮秒激光 磁场/液体辅助加工 2.5D c/sic复合材料 孔锥度 烧蚀机理
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C/SiC壁板的制备层间缺陷特点及性能分析
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作者 谭志勇 宁蕙 +4 位作者 孙前杨 孙京阳 黄建栋 龚晓冬 张宏宇 《复合材料学报》 北大核心 2025年第8期4749-4760,共12页
针对C/SiC复合材料壁板制备环节常见的分层开裂情况,选择树脂转移浸渍裂解(RTIP)成型/致密化工艺的产品为对象进行了特征和性能分析。对分层形貌进行观测认为,制备前期和复合后期的层间缺陷分别具有碳纤维束之间分层和碳纤维束内部开裂... 针对C/SiC复合材料壁板制备环节常见的分层开裂情况,选择树脂转移浸渍裂解(RTIP)成型/致密化工艺的产品为对象进行了特征和性能分析。对分层形貌进行观测认为,制备前期和复合后期的层间缺陷分别具有碳纤维束之间分层和碳纤维束内部开裂的两种不同特征。切割制备出C/SiC的无缺陷试验件及不同特征下具有不同层间缺陷尺度的试验件,开展强度性能测试。Ⅰ型、Ⅱ型层间断裂韧性试验均未产生层间裂纹尖端扩展的现象和数据特征,推断这种层间缺陷的裂纹尖端扩展阻力要明显大于标准试验采用的机加制备开缝情况。进一步进行了面内拉伸、面内压缩性能测试,分析了材料性能衰减的机制并由试验数据拟合得出与层间缺陷尺度之间的规律。为了在体现试验件整体损伤形貌的同时表征到层间缺陷区域的材料细节特征,采用了在缺陷近场细观形貌构造、远场宏观等效并在两者之间区域逐级过渡连接的宏/细观一体化多尺度数值建模和分析方法。计算的应力场特点进一步验证了试验判断的合理性。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 分层缺陷 性能测试 损伤机制 数值建模
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C/SiC复合材料激光超声复合加工螺纹缺陷控制及拉伸性能分析
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作者 徐浩然 王佳琦 +1 位作者 于占江 许金凯 《中国机械工程》 北大核心 2025年第4期724-731,742,共9页
C/SiC复合材料常用于制作高温复合材料紧固件,但在常规加工(CM)下,螺纹特征完整度低且表面存在纤维拔出、基体破碎等损伤微观缺陷,使其难以满足高性能连接的要求。采用激光超声复合切削技术(L-UHM)开展了C/SiC复合材料螺纹特征加工,研... C/SiC复合材料常用于制作高温复合材料紧固件,但在常规加工(CM)下,螺纹特征完整度低且表面存在纤维拔出、基体破碎等损伤微观缺陷,使其难以满足高性能连接的要求。采用激光超声复合切削技术(L-UHM)开展了C/SiC复合材料螺纹特征加工,研究了不同加工方式下螺纹特征表面微观缺陷的变化规律,揭示了CM、激光辅助加工(LAM)以及L-UHM下的螺纹特征缺陷以及表面微观缺陷与其拉伸性能的关系,证明了L-UHM在C/SiC复合材料螺纹特征加工中对微观缺陷控制的优势。研究结果表明,相比于CM和LAM,在L-UHM下,牙顶、牙壁和牙底的纤维拔出、纤维脱黏和基体破碎得到控制,螺纹特征表面微观缺陷减少,完整度提高。此外,在拉伸试验中,L-UHM紧固体获得了最高的抗拉强度,较CM紧固体提高了29%,较LAM紧固体提高了10%。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 激光超声复合加工 螺纹特征 表面缺陷
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用于C/SiC高温复合材料应力测试的薄膜应变计制备及性能研究 被引量:1
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作者 张煜杰 裴伟钦 +1 位作者 唐逸杰 蒋洪川 《计测技术》 2025年第1期80-87,共8页
针对C/SiC复合材料表面高温应变测量的难题,提出基于高温无机胶平坦化处理、磁控溅射技术和原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)的薄膜应变计制备方法。采用刷涂无机胶的方式,实现C/SiC复合材料表面的平坦化,之后利用磁控溅射和原... 针对C/SiC复合材料表面高温应变测量的难题,提出基于高温无机胶平坦化处理、磁控溅射技术和原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)的薄膜应变计制备方法。采用刷涂无机胶的方式,实现C/SiC复合材料表面的平坦化,之后利用磁控溅射和原子层沉积技术,制备Pt敏感层和复合绝缘层组成的薄膜应变计。Pt敏感层采用硬质掩膜和直流溅射的方式制备,其电阻为75Ω,厚度为450 nm。在绝缘层中,通过直流溅射和原子层沉积的方式,在C/SiC复合材料衬底表面分别沉积YSZ/Al_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)-YSZ/Al_(2)O_(3)和HfO_(2)-YSZ/Al_(2)O_(3)3种厚度为1.2μm的复合绝缘层,并对3种绝缘层的高温绝缘性能进行测试,结果表明:HfO_(2)-YSZ/Al_(2)O_(3)复合绝缘层的高温绝缘性能最佳,在多次升降温循环后,950℃条件下其绝缘电阻可达32.94 kΩ。基于HfO_(2)-YSZ/Al_(2)O_(3)复合绝缘层制备Pt薄膜应变计并开展测试,结果表明:在室温至600℃条件下,该Pt薄膜应变计具有最大2.93的应变敏感系数(Gauge Factor,GF),最小应变误差为0.01%(600℃、133.2με),最大应变误差为6.49%(200℃、133.2με),具有良好的高温稳定性和应变响应。研究成果为C/SiC复合材料表面高温应变测量提供了新的技术方案,对于促进高超声速飞行器热结构部件高精度应变测量技术发展具有积极意义。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 应变灵敏系数 绝缘电阻 复合绝缘层 磁控溅射 原子层沉积
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基于不同先驱体制备C/SiC复合材料的工艺与性能研究
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作者 刘芸 张庆利 +5 位作者 姜凯 綦育仕 刘瑞祥 周长灵 王运生 田方 《现代技术陶瓷》 2025年第5期456-469,共14页
为了提高C/SiC复合材料的浸渍效率、缩短制备周期,本文采用了浸渍裂解(PIP)工艺,使用不同种类的有机硅先驱体作为浸渍剂,制备了两种不同的C/SiC复合材料。采用热重分析仪(TG)、XRD衍射分析仪、扫描电镜(SEM)等分析测试手段表征了先驱体... 为了提高C/SiC复合材料的浸渍效率、缩短制备周期,本文采用了浸渍裂解(PIP)工艺,使用不同种类的有机硅先驱体作为浸渍剂,制备了两种不同的C/SiC复合材料。采用热重分析仪(TG)、XRD衍射分析仪、扫描电镜(SEM)等分析测试手段表征了先驱体的本征特性以及裂解产物的微观结构等,并对使用不同有机硅先驱体制备的C/SiC复合材料的工艺过程、浸渍效率、微观结构、力学性能以及热物理性能等进行系统表征,研究了不同先驱体对C/SiC复合材料性能的影响规律。分析结果表明:液态聚碳硅烷(LPCS)作为一种新兴的浸渍剂在C/SiC复合材料制备中表现出了许多优势,在相同热处理温度下,液态聚碳硅烷(LPCS)热处理后,所获得的陶瓷产物宏/微观结构致密、材料组分结晶度高,且陶瓷产率高达85%,除此以外还具有绿色环保无污染等特性;与固态聚碳硅烷相比,液态聚碳硅烷作为浸渍剂显著提高了浸渍效率(40%);以液态聚碳硅硅烷(LPCS)为浸渍剂制备的C/SiC-2复合材料在力学性能和热物理性能等方面相较于浸渍相同周期的固态聚碳硅烷(PCS)制备的C/SiC-1复合材料均表现出显著的优势:C/SiC-2复合材料弯曲强度达到261 MPa,提升了72%,拉伸强度达到123 MPa,提升了62%;制备的典型试样在经过1200℃固发燃料考核后,并未出现明显的变化。 展开更多
关键词 液态聚碳硅烷 浸渍-裂解工艺 浸渍效率 c/sic复合材料
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双轴动态压缩下C/SiC复合材料的破坏行为及能量吸收
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作者 杨文发 朱志武 李涛 《纤维复合材料》 2025年第2期3-11,共9页
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)在航空航天领域具有广泛的应用。该材料在服役过程中常承受双轴乃至多轴动态载荷,然而针对双轴动态压缩下该材料力学行为的研究仍较为匮乏。使用双轴电磁霍普金森杆对该材料实施不同加载比例(双... 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)在航空航天领域具有广泛的应用。该材料在服役过程中常承受双轴乃至多轴动态载荷,然而针对双轴动态压缩下该材料力学行为的研究仍较为匮乏。使用双轴电磁霍普金森杆对该材料实施不同加载比例(双轴载荷之比)的动态压缩测试,构建C/SiC复合材料细观结构的几何模型并进行数值仿真,分析了该材料在双轴动态压缩下的破坏行为和能量吸收。试样内部微孔洞的分布规律对材料的裂纹扩展路径、强度、能量吸收均有显著影响。当加载比例从0(单轴)增加到1(双轴等比例)时,基体、横向纤维束和纵向纤维束的应力峰值分别增长了112.8%、25.6%和251%,从而导致该材料破坏模式发生从纤维断裂、纤维断裂+分层破坏、分层破坏的依次转变,并伴随着能量吸收率出现先从0.398上升到0.438再降低到0.407的变化规律。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 双轴动态压缩 破坏行为 能量吸收
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C/SiC与TC4层合结构的斜侵彻破坏行为和机理
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作者 程然 李涛 朱志武 《纤维复合材料》 2025年第2期12-22,38,共12页
为研究复合材料(C/SiC)与钛合金(TC4)层合结构在斜侵彻过程中的细观结构响应、破坏模式、失效机理以及其与侵彻速度和倾角的依赖关系,开展了球形弹丸斜侵彻(速度和倾角分别为350~550 m/s和30°~60°)该结构的试验和数值仿真研... 为研究复合材料(C/SiC)与钛合金(TC4)层合结构在斜侵彻过程中的细观结构响应、破坏模式、失效机理以及其与侵彻速度和倾角的依赖关系,开展了球形弹丸斜侵彻(速度和倾角分别为350~550 m/s和30°~60°)该结构的试验和数值仿真研究。构建了包含微孔洞、SiC基体、横向/纵向纤维束的C/SiC复合材料细观模型,并利用哈希准则对复合材料进行损伤判定。侵彻过程中,C/SiC对冲击波的强烈衰减作用导致靶板背面未出现层裂,C/SiC前板中部出现分层和纤维断裂并形成向背面倾斜扩展的裂纹,弹丸与TC4后板接触后该板才出现显著弯曲变形继而被击穿。该层合结构的侵彻破坏模式包括:纤维束断裂、微孔洞塌陷、复合材料内部分层、C/SiC与TC4界面分层。随着侵彻速度的增大,剪应力的增加导致C/SiC复合材料的破坏模式从分层向纤维剪切断裂转变,斜裂纹的倾角增加,扩展距离增长。随着侵彻倾角的增大,弹丸面外方向的速度分量降低,TC4后板的弯曲变形量减少,C/SiC与TC4界面分层裂纹的起裂时刻延迟,但分层面积增加。 展开更多
关键词 c/sic与Tc4层合结构 斜侵彻 破坏模式 失效机理
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残余Si对C/SiC复合材料力学性能和摩擦学性能的影响
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作者 谢建伟 沈益顺 +3 位作者 熊杰 刘迪文 陈灵涛 曾磊峰 《润滑与密封》 北大核心 2025年第3期180-185,共6页
为研究C/SiC复合材料摩擦引起的高频啸叫机制,以准三维整体针刺碳纤维毡作为预制体,经化学气相沉积法沉积热解碳得到C/C坯体,再经反应熔渗法高温渗硅得到C/SiC复合材料,研究残余Si含量对C/SiC复合材料力学和摩擦学性能的影响,探究残余S... 为研究C/SiC复合材料摩擦引起的高频啸叫机制,以准三维整体针刺碳纤维毡作为预制体,经化学气相沉积法沉积热解碳得到C/C坯体,再经反应熔渗法高温渗硅得到C/SiC复合材料,研究残余Si含量对C/SiC复合材料力学和摩擦学性能的影响,探究残余Si产生啸叫的机制,得出残余的Si的最佳含量。结果表明:残余Si含量对材料的力学性能、摩擦磨损性能以及高频啸叫的产生有重要影响,随着复合材料中残余Si含量的减少,碳化硅含量也减少,碳含量增多,材料的层间结合强度增大,室温热扩散率提高,材料的压缩强度、抗弯强度和剪切强度增大;残余Si在复合材料中碳纤维束和针刺孔隙内聚集成大颗粒硬质点,由于润滑组元不足,大颗粒硬质点在法向压力作用下滑动摩擦,产生模态耦合现象,形成明显的槽状沟槽,产生自激振荡,从而出现摩擦剧烈振动和高频啸叫现象;当复合材料中残余Si的质量分数为5%左右,碳化硅质量分数在40%左右,可得到较稳定的摩擦因数、较低的磨损率和无高频啸叫现象。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 残余硅 摩擦磨损性能 力学性能 啸叫
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C/SiC复合材料被动氧化模型及其减阻机理
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作者 麻连俊 范良忠 朱庆勇 《气体物理》 2025年第1期1-14,共14页
基于C/SiC复合材料的被动氧化模型,研究了氧化界面表面分形维数、高度比例系数与频率因子对氧化交界面形貌的影响。通过Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数模拟氧化层与复合材料层的交界面形貌,并计算分析了不同参数对界面特征的影响。研... 基于C/SiC复合材料的被动氧化模型,研究了氧化界面表面分形维数、高度比例系数与频率因子对氧化交界面形貌的影响。通过Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函数模拟氧化层与复合材料层的交界面形貌,并计算分析了不同参数对界面特征的影响。研究结果表明,所建立模型重构的氧化交界面的最大差量与实验测量结果相符;表面分形维数和高度比例系数主要影响特征高度,且其值越大,界面粗糙度越显著;此外,频率因子对重构界面的凸起数量及沿特征长度方向的生成频率亦具有显著影响。最后提出通过控制C/SiC复合材料中C组分的比例及其分布延迟高超声速边界层转捩。数值模拟结果表明,周期分布C组分比例为0.27~1的C/SiC复合材料形成的波纹状氧化层有效抑制了边界层第2模态的增长,达到降热减阻的效果。 展开更多
关键词 c/sic 氧化层 分形维数 Weierstrass-Mandelbrot函数 减阻
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基于蒙特卡罗法的C/SiC波纹点阵结构传热性能分析
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作者 杜洋 杨帆 +3 位作者 王威龙 刘嘉豪 杨烁冉 赵晋芳 《沈阳航空航天大学学报》 2025年第2期44-51,共8页
为系统了解C/SiC材料的传热机理,以C/SiC波纹点阵结构复合材料为研究对象,基于蒙特卡罗法对波纹点阵结构进行传热性能的理论分析。考虑能束发射位置、发射方向、遮挡判定这3个因素建立了波纹点阵结构的传热理论模型,分析了结构几何参数... 为系统了解C/SiC材料的传热机理,以C/SiC波纹点阵结构复合材料为研究对象,基于蒙特卡罗法对波纹点阵结构进行传热性能的理论分析。考虑能束发射位置、发射方向、遮挡判定这3个因素建立了波纹点阵结构的传热理论模型,分析了结构几何参数、固体发射率及外载施加温度对波纹点阵结构传热性能的影响。结合蒙特卡罗法预测了C/SiC波纹点阵结构的热传递系数,样本数量精确到4.0×10^(6),热传递系数收敛趋于0.554 9 W (m·K)。结果表明,芯子高度、宽度和倾斜角度对热传递系数的影响都呈正相关,而芯子厚度对热传递系数的影响呈负相关;热传递系数随着固体发射率和上面板所受温度载荷的增加而增加,且增加的趋势越来越大;对航空航天复合材料隔热性能研究具有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 c/sic 蒙特卡罗法 波纹点阵结构 传热性能 复合材料
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氧化环境下C/SiC复合材料力学性能模拟和验证
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作者 齐梓政 《机械制造与自动化》 2025年第4期21-25,36,共6页
为了研究C/SiC复合材料壁板结构高温下剩余刚度的预测方法,基于气固反应动力学的原理建立400℃~1000℃的C/SiC复合材料氧化动力学模型,预测材料的质量损失率随时间和温度的变化趋势;利用刚度平均法计算壁板结构的力学性能参数,并将高温... 为了研究C/SiC复合材料壁板结构高温下剩余刚度的预测方法,基于气固反应动力学的原理建立400℃~1000℃的C/SiC复合材料氧化动力学模型,预测材料的质量损失率随时间和温度的变化趋势;利用刚度平均法计算壁板结构的力学性能参数,并将高温拉伸试验得到的弹性模量与理论预测的弹性模量加以对比,得到材料性能参数计算试验件在不同温度下的模态。研究结果表明:所提出的方法能较好地预测高温下C/SiC复合材料的力学性能。 展开更多
关键词 高温环境 c/sic复合材料 氧化机制 弹性模量 热模态
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中间相沥青基碳纤维C/SiC复合材料制备及其性能研究
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作者 易增博 赵宗严 +7 位作者 江汛 郭美佑 张建国 张鸿翔 黄立叶 王刚 孙海潮 李瑞苗 《高科技纤维与应用》 2025年第1期11-18,共8页
采用短切中间相沥青基碳纤维(MPCF)作为增强相,制备多孔C/C复合材料,采用反应熔渗法将C/C复合材料转变成C/SiC复合材料。通过SEM和压汞仪分析,研究了C/C复合材料的孔隙特性;对C/C复合材料的力学性能和热性能进行测试表征。通过SEM和XRD... 采用短切中间相沥青基碳纤维(MPCF)作为增强相,制备多孔C/C复合材料,采用反应熔渗法将C/C复合材料转变成C/SiC复合材料。通过SEM和压汞仪分析,研究了C/C复合材料的孔隙特性;对C/C复合材料的力学性能和热性能进行测试表征。通过SEM和XRD衍射研究了C/SiC复合材料的微观形貌和物相成分;对C/SiC复合材料的力学性能和热性能进行测试表征。结果表明:C/C复合材料的密度1.475 g/cm^(3),显气孔率29.96%,平均孔径1.63μm,弯曲强度和模量分别达到87.33 MPa和32.08 GPa。面内(X-Y)和厚度(Z)热导率分别达到133.31 W/(m·K)和28.30 W/(m·K)。制备的C/SiC复合材料密度为2.493 g/cm^(3),几乎全致密。相比C/C复合材料,熔渗后C/SiC复合材料弯曲性能和热导率显著提高,弯曲强度和模量分别达到162.33 MPa和229.31 GPa。面内(X-Y)和厚度(Z)方向的热导率分别达到196.21 W/(m·K)和79.37 W/(m·K)。 展开更多
关键词 中间相沥青基碳纤维 c/c复合材料 c/sic复合材料 弯曲性能 热导率
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火焰加热环境下C/SiC材料热膨胀行为研究
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作者 许超 张治 +1 位作者 唐云龙 王锦阳 《智能制造》 2025年第1期21-30,共10页
C/SiC复合材料因其优异的高温力学性能,在航空航天等领域发挥着不可替代的作用,而对高温热膨胀性能的研究一直是C/SiC复合材料的研究热点。本文采用氧丙烷火焰炬对C/SiC样品表面进行加热,在蓝光补偿下采用CCD相机和红外点温计观察C/SiC... C/SiC复合材料因其优异的高温力学性能,在航空航天等领域发挥着不可替代的作用,而对高温热膨胀性能的研究一直是C/SiC复合材料的研究热点。本文采用氧丙烷火焰炬对C/SiC样品表面进行加热,在蓝光补偿下采用CCD相机和红外点温计观察C/SiC复合材料火焰加热环境下热膨胀过程,基于“增强比色法”和数字图像相关方法的温度变形同步测量方法进行温度场、位移场和应变场的计算。同时建立火焰加热下C/SiC有限元仿真模型,数值仿真结果表明,样品上端裂纹的存在会使得样品的热膨胀行为发生改变。在升温过程中,裂纹的存在增加了样品上端的热膨胀量,而这种增加量是由于裂纹“张开”导致的;同时,随着裂纹长度的增加,样品上边缘水平方向长度变化量急剧增长。 展开更多
关键词 c/sic材料 热膨胀行为 有限元 DIc方法
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基于自洽聚类分析的2D C/SiC压缩性能快速预报 被引量:3
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作者 戴新航 许承海 +1 位作者 王琨杰 高博 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期4386-4397,共12页
本文利用自洽聚类分析(Self-consistent clustering analysis,SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为,SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类,在不显著降低计算精度的前提下,大幅度降低了模型的自由度,使模型的计... 本文利用自洽聚类分析(Self-consistent clustering analysis,SCA)方法研究了2D C/SiC在单轴压缩载荷下的渐进损伤行为,SCA方法通过应变集中张量对网格单元进行聚类,在不显著降低计算精度的前提下,大幅度降低了模型的自由度,使模型的计算效率得以提高。整个方法由离线和在线两个阶段组成:离线阶段,利用k-means算法对高保真度的复合材料单胞进行分解、聚类并计算不同聚类间的相互作用张量,最终生成降阶模型;在线阶段,基于降阶模型求解离散的Lippmann-Schwinger方程组获取力学响应。将SCA方法应用于2D C/SiC压缩强度的预报,当聚类总数量为64时,与试验相比,压缩强度求解的计算精度与传统有限元相比降低了1%,但整体计算效率提升了34倍。当不考虑离线阶段花费的聚类时间,即事先已知材料的细观构型对其力学行为进行求解时,其一次在线计算的时间仅为6 s,计算效率比传统有限元提升了104倍,在结构性能快速设计、结构状态快速预报等领域,有着广阔的应用前景。 展开更多
关键词 2D c/sic 自洽聚类分析 渐进损伤 压缩强度 细观模型
原文传递
C/SiC复合材料数据库及机器学习性能预测平台的设计与开发 被引量:1
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作者 曹文轩 史振宇 +3 位作者 邹斌 王继来 张成鹏 袭建人 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期51-61,共11页
以MySQL Workbench 8.0为数据库平台,采用三层浏览器/服务器架构,利用PyCharm 2022开发了一套基于Web界面和机器学习技术的C/SiC复合材料数据库系统,该系统包括材料数据库和机器学习模型2部分,具有对材料组分结构、制备工艺、试验性能... 以MySQL Workbench 8.0为数据库平台,采用三层浏览器/服务器架构,利用PyCharm 2022开发了一套基于Web界面和机器学习技术的C/SiC复合材料数据库系统,该系统包括材料数据库和机器学习模型2部分,具有对材料组分结构、制备工艺、试验性能等材料研发各阶段的信息查询、添加、修改、删除、搜索以及支持信息管理、设计分析视图、案例推理辅助设计、用户与系统管理等功能。基于神经网络回归算法训练机器学习模型,利用材料微观结构参数预测材料力学性能,对不同微观结构参数的影响权重进行评价,并部署在系统平台中;通过Web用户界面调用机器学习模型,对预留的验证集数据进行拉伸模量和弯曲模量预测。结果表明:机器学习模型预测材料力学性能的精度达到95%左右,训练出来的预测模型具有良好的精度与泛化能力。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 材料数据库 WEB系统 神经网络 性能预测
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管状C/SiC复合材料高温空气氧化行为与宏细观建模研究 被引量:1
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作者 全文心 余艺平 +2 位作者 方冰 李伟 王松 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期920-928,共9页
氧化损伤是影响火箭发动机用C/SiC复合材料喷管寿命的主要因素之一。为准确评估C/SiC复合材料喷管的氧化损伤,本研究以近似喷管结构的管状C/SiC复合材料为实验对象,研究了管状C/SiC复合材料在高温(900~1300℃)空气环境下的氧化行为,包... 氧化损伤是影响火箭发动机用C/SiC复合材料喷管寿命的主要因素之一。为准确评估C/SiC复合材料喷管的氧化损伤,本研究以近似喷管结构的管状C/SiC复合材料为实验对象,研究了管状C/SiC复合材料在高温(900~1300℃)空气环境下的氧化行为,包括其组成、结构及力学性能的演变规律,发现管状C/SiC复合材料在该高温空气环境下表现出受扩散控制的氧化特征,质量与剩余强度随时间呈幂函数下降趋势,下降速率与温度正相关。在此基础上,从氧化动力学与传质学理论角度出发,建立了管状C/SiC复合材料细观/宏观尺度氧化模型,模拟了管状C/SiC复合材料高温空气氧化过程,并预测了材料的质量与剩余强度。模型预测结果与实验数据拟合程度较高,可为C/SiC复合材料喷管的寿命评估提供参考。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 高温氧化 氧化模型 寿命预测
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