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基于同步辐射CT与深度学习的C/SiC复合材料带孔试件损伤演化分析
1
作者 刘乔雨 王龙 +2 位作者 侯传涛 李志强 刘武刚 《材料工程》 北大核心 2026年第1期62-73,共12页
通过开展基于同步辐射X射线CT原位观测的力学实验,结合深度学习算法、三维数字图像有限元建模方法和数字体积相关(DVC)方法,研究单向拉伸载荷作用下中心开孔C/SiC复合材料构件的损伤演化行为,实现单向拉伸载荷作用下中心开孔C/SiC复合... 通过开展基于同步辐射X射线CT原位观测的力学实验,结合深度学习算法、三维数字图像有限元建模方法和数字体积相关(DVC)方法,研究单向拉伸载荷作用下中心开孔C/SiC复合材料构件的损伤演化行为,实现单向拉伸载荷作用下中心开孔C/SiC复合材料构件内部损伤纤维束裂纹、基体裂纹及分层等不同类型损伤的智能识别,建立损伤演化与应变集中之间的关系。基于深度学习的损伤识别与量化分析表明中心开孔与初始孔隙均会影响损伤萌生的位置;三维数字图像有限元分析结果揭示了初始孔隙的几何形状对裂纹损伤萌生的影响,而DVC结果展现了纤维束区域较大范围应变集中与分层损伤及最终断裂的关系。纤维束裂纹、基体裂纹及分层这三种损伤形式在一定程度上相互关联,随着载荷增加,临近的分层连通形成基体裂纹,进而可能扩展形成纤维束裂纹;在拉伸载荷下纤维束的主要破坏形式为纤维束断裂及纤维束劈裂、纤维束滑移,试件中心开孔没有改变纤维束的失效模式。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 X射线cT原位拉伸实验 损伤 深度学习 数字体积相关 图像有限元
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2D C/SiC复合材料高温拉伸蠕变损伤原位观察及断裂机理
2
作者 兰俊伟 魏永金 +4 位作者 余煜玺 黄柳英 罗忠 叶大海 付仲议 《材料工程》 北大核心 2026年第1期218-227,共10页
通过自主搭建的高温拉伸蠕变试验机和裂纹扩展原位观察系统观察了2D C/SiC复合材料拉伸蠕变作用下的裂纹扩展过程,评估了2D C/SiC复合材料的切口敏感性,并利用扫描电子显微镜观察试样断口形貌,研究与分析了2D C/SiC复合材料在拉伸蠕变... 通过自主搭建的高温拉伸蠕变试验机和裂纹扩展原位观察系统观察了2D C/SiC复合材料拉伸蠕变作用下的裂纹扩展过程,评估了2D C/SiC复合材料的切口敏感性,并利用扫描电子显微镜观察试样断口形貌,研究与分析了2D C/SiC复合材料在拉伸蠕变作用下的失效模式和断裂机理。实验结果表明,无切口的2D C/SiC复合材料在1000℃/50 MPa条件下,蠕变断裂时间均大于8000 s,稳态蠕变速率为5.11×10^(-8)~1.36×10^(-7) s^(-1),切口的存在使得稳态蠕变阶段明显缩短,蠕变时间缩短了约2000 s,稳态蠕变速率增大至2.0×10^(-7) s^(-1)。2D C/SiC复合材料在1000℃/50 MPa条件下的拉伸蠕变曲线主要包括减速蠕变、稳态蠕变两个阶段。裂纹扩展主要集中在稳态蠕变阶段后期,碳纤维在高温环境中会迅速发生氧化反应,微裂纹在基体萌发。当试样内部微裂纹饱和后会产生宏观裂纹,宏观裂纹连接材料内部孔隙,形成一条连贯的扩展路径,导致裂纹的迅速扩展,裂纹扩展受纤维的阻挡导致裂纹发生多次偏转,蠕变试样宏观断口呈锯齿状,且有大量纤维拔出。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 高温拉伸蠕变 裂纹扩展 原位观察 蠕变氧化机理
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不同密度2D-C/SiC复合材料的抗氧化性能研究
3
作者 魏俊飞 杨成鹏 贾斐 《材料导报》 北大核心 2026年第4期30-37,共8页
为深究揭示2D-C/SiC复合材料抗氧化性能的影响因素,通过预加载在两种不同密度2D-C/SiC材料中引入基体开裂和界面脱粘损伤,然后进行700℃、900℃和1100℃静态氧化实验和室温剩余拉伸强度实验,研究了密度、细观损伤和温度对材料氧化剩余... 为深究揭示2D-C/SiC复合材料抗氧化性能的影响因素,通过预加载在两种不同密度2D-C/SiC材料中引入基体开裂和界面脱粘损伤,然后进行700℃、900℃和1100℃静态氧化实验和室温剩余拉伸强度实验,研究了密度、细观损伤和温度对材料氧化剩余模量和强度的影响。实验结果显示:经高温氧化后,两种材料均发生了不同程度的软化和弱化现象,纤维拔出长度增加;材料力学性能的衰减与氧化温度以及预加载产生的细观损伤均为正相关;与密度较高的材料A相比,材料B的细观损伤更严重,氧化后的性能下降幅度更大;随着氧化温度的升高,两种材料均发生了断裂模式的转变;密度较低的材料B在900℃氧化后力学性能衰减最严重,拉伸强度和模量损失率分别高达59.5%和29.8%。材料残余性能与纤维拔出长度的关联性表明,含有细观损伤的2D-C/SiC复合材料在高温氧化性环境中服役时,界面弱化是一个非常严重的问题。最后,基于物理-化学机制的氧化剩余拉伸强度模型,分析表征了两种2D-C/SiC材料的剩余拉伸强度性能,揭示了材料的氧化损伤细观关键因素,实现了氧化剩余拉伸强度的有效预测。 展开更多
关键词 2D-c/sic复合材料 预加载 氧化 界面损伤 残余性能 强度预测
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各向异性的C/SiC波纹点阵结构隔热性能
4
作者 刘嘉豪 杨帆 +4 位作者 杜洋 王威龙 杨烁冉 陈萍 赵晋芳 《沈阳航空航天大学学报》 2026年第1期41-47,共7页
为了深入研究C/SiC波纹点阵结构复合材料在航空航天等极端环境下的隔热潜力,以C/SiC波纹点阵结构复合材料为研究对象,依据傅里叶传热定律,借助CAE仿真手段对其隔热性能展开研究。首先,在各向同性条件下,针对稳态与瞬态情形深入探讨了温... 为了深入研究C/SiC波纹点阵结构复合材料在航空航天等极端环境下的隔热潜力,以C/SiC波纹点阵结构复合材料为研究对象,依据傅里叶传热定律,借助CAE仿真手段对其隔热性能展开研究。首先,在各向同性条件下,针对稳态与瞬态情形深入探讨了温度梯度对热传递系数的作用规律;其次,综合优化变量约束范围,考虑纤维尺寸、纤维含量及编织方式因素,基于各向异性对波纹点阵结构进行了传热性能的仿真分析。仿真结果表明,各向同性传热条件下,波纹点阵结构5种高温梯度下的隔热效率达到13.89%~14.12%。各向异性传热条件下,碳纤维温度显著高于SiC基体温度,且当纤维束含量处于600 K以上时,温度对热传递系数的影响可以忽略不计,斜纹编织方式的隔热性能优于平纹编织方式,在低温隔热条件下表现得更为突出,为航空航天复合材料隔热性能研究提供了工程应用价值。 展开更多
关键词 各向异性 c/sic 波纹点阵结构 数值模拟 隔热性能
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非均匀热流下C/SiC气相发汗冷却研究
5
作者 王瑞琦 祝鹏飞 李文强 《宇航总体技术》 2026年第1期51-59,共9页
发汗冷却技术是一种有效的航空航天热防护技术。然而,以往的文献大多聚焦于金属基材料上,以陶瓷基复合材料作为发汗材料在非均匀高温火焰下的研究较为欠缺。在非均匀氧乙炔火焰下,以氮气为冷却剂,对C/SiC陶瓷的发汗冷却性能进行了实验... 发汗冷却技术是一种有效的航空航天热防护技术。然而,以往的文献大多聚焦于金属基材料上,以陶瓷基复合材料作为发汗材料在非均匀高温火焰下的研究较为欠缺。在非均匀氧乙炔火焰下,以氮气为冷却剂,对C/SiC陶瓷的发汗冷却性能进行了实验研究。实验结果表明,在非均匀火焰下,随着冷却剂流量的增加,冷却效率增幅减缓。火焰高度降低会同时提高热流密度及其非均匀度,导致温度分布更加不均匀。在高热流密度(1.96 MW/m^(2))下,发汗面温差达到287℃,较1.22 MW/m^(2)热流密度下的温差高77℃。低孔隙率材料因渗透率降低、有效导热系数提高,在低流量时冷却效率更高且温度分布更均匀;高孔隙率板则在高流量时占优。由于C/SiC在垂直于纤维方向上具有低导热系数、低渗透率和不规则的孔隙结构,其多孔板的冷却效率低于不锈钢多孔板。 展开更多
关键词 气相发汗冷却 c/sic 多孔介质 非均匀热流
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C/SiC复合材料微观结构及其纳米力学性能 被引量：1
6
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
7
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
8
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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高速气流下C/SiC薄板热声耦合响应特性计算与分析
9
作者 骆丽 孙远驰 +1 位作者 邹学锋 赵奉同 《航空学报》 北大核心 2025年第21期466-480,共15页
高速气流下的复合材料薄壁结构热声问题是航空航天领域长期关注的核心问题之一,采用数值仿真计算和热声激励试验相结合的方法,开展薄板的热声激励试验,获取薄板的固有频率、加速度频域响应和单向应变结果。建立薄板结构大挠度控制方程,... 高速气流下的复合材料薄壁结构热声问题是航空航天领域长期关注的核心问题之一,采用数值仿真计算和热声激励试验相结合的方法,开展薄板的热声激励试验,获取薄板的固有频率、加速度频域响应和单向应变结果。建立薄板结构大挠度控制方程,采用耦合的有限元与边界元(FEM/BEM)理论,联合声场振动系数矩阵与结构控制方程可得到结构声压频率响应函数,以此反映耦合效应。计算与试验工况相同的薄板结构的固有频率和单向应变值,通过与试验结果对比,验证了热声耦合计算方法和模型的有效性,进而完成了高速气流下CMCs(Ceramic Matrix Composites)薄板结构的热声耦合响应特性计算和规律分析。通过对结果的分析表明:在热-流-声多场耦合下,流速主控总压力,最大压力集中入口;温度协同热基线与流梯度调控薄板温度分布。温度主导应力分布与幅值,改变危险点位置;应力、应变响应随流速先减后增,极值集中高温高流速区,体现结构的正交异性。热声载荷、流载荷分控低、高频响应,温度驱动应力功率谱密度(PSD)峰值迁移,高温、高流速时,热、流载荷成为频域主导。 展开更多
关键词 高速气流 c/sic薄板 热声耦合 动响应 热声激励试验
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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
10
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
11
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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双轴动态压缩下C/SiC复合材料的破坏行为及能量吸收 被引量：2
12
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壁板的制备层间缺陷特点及性能分析
13
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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拉伸载荷下针刺C/SiC螺栓连接失效模式的细观力学模拟
14
作者 王通 张盛 +1 位作者 高希光 宋迎东 《东华大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期162-168,共7页
陶瓷基复合材料(CMC)在航空航天领域应用广泛,其必要的机械连接结构最为薄弱。在常用的螺纹连接中,CMC螺栓因承受预紧力带来的拉伸载荷,最易失效。提出一种预测针刺C/SiC螺栓失效模式的细观力学方法。建立由0°/90°单向纤维层... 陶瓷基复合材料(CMC)在航空航天领域应用广泛,其必要的机械连接结构最为薄弱。在常用的螺纹连接中,CMC螺栓因承受预紧力带来的拉伸载荷,最易失效。提出一种预测针刺C/SiC螺栓失效模式的细观力学方法。建立由0°/90°单向纤维层、网胎层和针刺纤维束组成的螺栓的细观几何模型;建立这些组分的本构模型、失效准则和退化模型,并在此基础上进行渐进损伤分析(PDA);预测螺栓的极限断裂载荷与损伤演变过程。失效单元的分布表明,C/SiC螺栓的宏观失效模式是螺纹牙断裂。在细观尺度上,单向层和针刺纤维束的剪切破坏引起了螺纹牙断裂。为验证建立的细观力学模型,对C/SiC螺栓进行拉伸试验,试验结果与预测结果一致。 展开更多
关键词 c/sic螺栓连接 失效模式 细观力学 陶瓷基复合材料 渐进损伤分析
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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
15
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
16
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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浆料烧结法制备C/SiC抗氧化涂层及正交实验研究
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作者 蒋斌智 向阳 +4 位作者 彭志航 文瑾 刘平 李海龙 杨帆 《现代技术陶瓷》 2025年第6期580-593,共14页
C/SiC复合材料因其优异的耐高温性能被视为航空航天热端部件的理想候选材料,但在400℃以上的氧化环境中碳纤维会快速氧化,严重制约其服役温度。因此,提高C/SiC复合材料的耐高温氧化性能对于推进其走向航空航天热端工程化应用具有重大的... C/SiC复合材料因其优异的耐高温性能被视为航空航天热端部件的理想候选材料,但在400℃以上的氧化环境中碳纤维会快速氧化,严重制约其服役温度。因此,提高C/SiC复合材料的耐高温氧化性能对于推进其走向航空航天热端工程化应用具有重大的现实意义。本研究基于涂层体系的设计原则,选定ZrB_(2)作为涂层的主要组成材料,并通过引入SiC和B以增强其抗氧化能力。涂层经由低温固化与高温烧结两道工艺制备而成,最终形成ZrB_(2)-SiC复合涂层。采用正交实验方法,分析了组分配比对涂层性能的影响,实现了涂层成分的优化。利用XRD与SEM研究了涂层的组成与结构,并对涂层复合材料的抗氧化性能进行了测试。研究表明,由该工艺制备C/SiC复合材料表面涂层的组成为ZrB_(2)与SiC,涂层的厚度在200μm,均匀致密,并没有明显的贯穿整个涂层的裂纹。SiC的含量对复合材料的氧化失重率以及涂层与复合材料的界面结合强度的影响最大,优化设计后的最优组分配比为60wt.%ZrB_(2),4wt.%SiC,6wt.%PCS,4wt.%B,26wt.%DVB。该涂层与基体之间的界面结合强度为2.01 MPa,C/SiC复合材料的氧化失重率仅为0.54%,强度保留率达到97.3%。在高温有氧环境中,SiC与氧气反应生成SiO_(2)保护膜,该膜与B_(2)O_(3)相比,具有更高的粘度与熔点,以及更低的氧气扩散系数和蒸气压,从而表现出更优异的抗氧化性能。此时,SiO_(2)与ZrO_(2)保护膜共同作用,有效阻隔氧气向材料内部扩散,避免材料进一步氧化,显著提升了复合材料的整体抗氧化能力。SiO_(2)在1200℃能够和B_(2)O_(3)形成硼硅酸盐玻璃,增加涂层的致密性和粘结强度。该涂层体系呈现出优异的抗氧化性能。 展开更多
关键词 c/sic复合材料 涂层 浆料烧结法 正交实验法 抗氧化
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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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