砂轮种类及冷却方式对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料磨削质量的影响

1

作者 王奔 唐家杰 +1 位作者 楚闳迪 张棋 《金刚石与磨料磨具工程》 北大核心 2025年第2期163-175,共13页

SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料由于其耐高温和高比强度的特性,已成为航空发动机用先进材料之一。然而,作为一种难加工的硬脆材料,提高其加工质量和效率是当前研究的关键问题。采用电镀和烧结金刚石砂轮,在有无冷却液的条件下进行正交磨削试... SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料由于其耐高温和高比强度的特性,已成为航空发动机用先进材料之一。然而,作为一种难加工的硬脆材料,提高其加工质量和效率是当前研究的关键问题。采用电镀和烧结金刚石砂轮,在有无冷却液的条件下进行正交磨削试验,以磨削力、工件表面粗糙度和砂轮磨损程度为评价指标,探究不同砂轮种类及冷却方式对SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料磨削加工质量的影响。结果表明:采用烧结金刚石砂轮磨削加工复合材料可得到更好的表面质量和较低的磨削力,同时采用冷却液辅助磨削会降低工件表面粗糙度;由于电镀金刚石砂轮在受到较大磨削力时其金刚石磨粒更易出现成片剥落现象,其使用结果与烧结金刚石砂轮的相反,且电镀金刚石砂轮的磨损形式除磨粒损耗外还包括磨粒的烧伤、脱落等。当粗加工SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料时,应在干式磨削条件下使用电镀金刚石砂轮,并选取高转速、低进给速度及较小磨削深度的磨削参数;当精加工SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料时,应采用烧结金刚石砂轮,并采用水冷辅助方式来显著提高工件加工表面质量。 展开更多

关键词 sic_(f)/sic陶瓷基复合材料 磨削加工 表面粗糙度 砂轮种类 冷却方式

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SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料增韧机理及界面相微区性能测试方法研究进展 被引量：4

2

作者 马浩林 吴晓晨 +3 位作者 甄霞丽 李露 郑瑞晓 马朝利 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期174-186,共13页

作为一种典型的陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC),SiC_(f)/SiC复合材料具有高比强度、耐高温、抗氧化和抗热震等优点,在航空航天领域应用前景广阔。纤维和基体中间的界面相具有保护纤维、传递载荷、偏转裂纹等作用,赋予Si... 作为一种典型的陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC),SiC_(f)/SiC复合材料具有高比强度、耐高温、抗氧化和抗热震等优点,在航空航天领域应用前景广阔。纤维和基体中间的界面相具有保护纤维、传递载荷、偏转裂纹等作用,赋予SiC_(f)/SiC复合材料伪塑性断裂特征。界面相的设计方案会显著影响其微区性能,进而影响SiC_(f)/SiC复合材料宏观力学性能和损伤失效模式。近年来发展的基于聚焦离子束(focused ion beam,FIB)的微纳加工技术和基于纳米压痕的微观力学测试技术是表征SiC_(f)/SiC复合材料界面相微区性能的有效手段。本文综述了SiC_(f)/SiC界面相现有设计方案及界面相微区性能对增韧效果的影响机制,重点总结了单纤维顶出/顶入、微柱压缩等小尺寸力学测试(small-scale mechanical testing,SSMT)技术的应用现状及各方法的适用条件和优缺点。最后,对CMC界面相微区性能研究的发展趋势做了初步展望,并指出测试方法的标准化、测试环境的高温化及测试数据的模型化是未来的主要发展方向。 展开更多

关键词 sic_(f)/sic陶瓷基复合材料 界面相 增韧机制 小尺寸力学测试技术 界面相微区性能

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2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂试验及表征

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作者 师维刚 张超 +2 位作者 李玫 王晶 张程煜 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期45-50,共6页

二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC... 二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC_(f)/SiC的层间裂纹驱动的加载数据,得到了其裂纹端口张开力及张开位移变形曲线。在试验加载过程,通过光学显微镜监测了视觉裂纹扩展过程,探究了2D-SiC_(f)/SiC的层间I型裂纹扩展规律。结合理论分析和裂纹视觉特征解释了加载曲线拐点及其他特征点的断裂力学含义。利用扫描电子显微镜分析了2D-SiC_(f)/SiC的层间断面特征,揭示了断面分层裂纹扩展机制。结果表明:W-DCB方法测量的2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型初始能量释放率与DCB方法等效;2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型断裂过程中,裂纹端口变形曲线的多峰性不符合经典线弹性断裂力学预测的加载峰后特征,反映了2D-SiC_(f)/SiC层间约束关系的复杂性;层间断面为结构性非完全损伤,发生了局部纤维桥连现象。 展开更多

关键词 2d-sic_(f)/sic复合材料 层间Ⅰ型断裂 表征分析 纤维桥连

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包渗法制备C_f/SiC陶瓷基复合材料MoSi_2—SiC—Si防氧化涂层 被引量：17

4

作者 刘荣军 周新贵 +1 位作者 张长瑞 周安郴 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2000年第3期45-48,共4页

采用包渗法制备了Cf/SiC陶瓷基复合材料MoSi2 —SiC—Si防氧化涂层 ,研究了渗层同埋粉关系、包渗时间对包渗结果的影响 ,并对涂层防氧化性能进行了分析。结果表明 :包渗法制得的涂层致密、无裂纹 ,涂层起到了良好的防氧化作用 ,140 0℃... 采用包渗法制备了Cf/SiC陶瓷基复合材料MoSi2 —SiC—Si防氧化涂层 ,研究了渗层同埋粉关系、包渗时间对包渗结果的影响 ,并对涂层防氧化性能进行了分析。结果表明 :包渗法制得的涂层致密、无裂纹 ,涂层起到了良好的防氧化作用 ,140 0℃在空气中氧化 1h后试样的质量保留率为 94.1% ,保留强度为2 94. 展开更多

关键词 Cf/sic MoSi2-sic-Si涂层 防氧化 包渗法 碳化硅陶瓷基复合材料

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激光辅助高速微车削C_(f)/SiC陶瓷基复合材料切削力影响因素试验研究 被引量：1

5

作者 田纪文 许金凯 +3 位作者 翟昌太 聂小雨 孙贵斌 于化东 《机床与液压》 北大核心 2022年第8期14-19,共6页

C_(f)/SiC陶瓷基复合材料作为一种新型耐高温材料,在航空航天领域具有广泛的应用前景,但难加工特性带来了新的挑战。采用激光辅助高速微车削机床在C_(f)/SiC陶瓷基复合材料上进行外圆切削加工,以主切削力F_(z)为目标,优化C_(f)/SiC陶瓷... C_(f)/SiC陶瓷基复合材料作为一种新型耐高温材料,在航空航天领域具有广泛的应用前景,但难加工特性带来了新的挑战。采用激光辅助高速微车削机床在C_(f)/SiC陶瓷基复合材料上进行外圆切削加工,以主切削力F_(z)为目标,优化C_(f)/SiC陶瓷基复合材料的切削参数。分别采用单因素试验与多因素正交试验研究工件转速n、切削深度a_(p)、进给速度v_(f)与功率密度q对x、y和z 3个方向切削力的影响规律,通过方差分析法指出各加工参数对F_(z)影响的主次顺序及最优参数组合。试验结果表明:与常规高速微车削相比,激光辅助高速车削技术能够改善各个方向切削力大小,切削力最大降低81.436%;各试验因素对F_(z)的影响从大到小依次为q>n>a_(p)>v_(f);最优加工参数组合为:q=400 W/mm^(2),n=4 000 r/min,a_(p)=20μm,v_(f)=20 mm/min时,F_(z)最佳为1.831 N。 展开更多

关键词 C_(f)/sic陶瓷基复合材料 激光辅助高速微车削 切削力 方差分析

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表面自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复合材料的蠕变性能及损伤机理 被引量：3

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作者 王亮 杨洋 +4 位作者 王翔 刘帅 肖鹏 司宇飞 何玉怀 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期43-52,共10页

2D-SiC_(f)/SiC复合材料是航空航天领域中的重要耐高温材料,采用表面自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复合材料制备成楔形夹持段板材蠕变试样,使用自主研制的碳化硅陶瓷夹具完成大气环境下蠕变力学性能测试,蠕变试验温度900℃、1000℃和1200℃... 2D-SiC_(f)/SiC复合材料是航空航天领域中的重要耐高温材料,采用表面自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复合材料制备成楔形夹持段板材蠕变试样,使用自主研制的碳化硅陶瓷夹具完成大气环境下蠕变力学性能测试,蠕变试验温度900℃、1000℃和1200℃,应力水平范围50~120 MPa。采用扫描电子显微镜(SEM)对含自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复材的蠕变失效试样断口形貌进行了表征。失效分析表明,含自愈合涂层2D-SiC_(f)/SiC复材高温静态载荷下的主要失效模式包括复材基体裂纹、涂层/基体界面裂纹和纤维蠕变三类。由于试验应力较低,各温度下蠕变失效试样断口平整,纤维拔出较短。同时试样断口中还观察到切割横向纬纱的二次裂纹,该二次裂纹将随蠕变过程进行而扩展并最终切断整条纬纱。对于三种温度的试样,均未在断口近表面区域观察到非金属涂层—金属涂层界面的分离或明显裂纹、孔洞等缺陷。说明在金属涂层基础上附加SiO2涂层得到的结合面在高温静态力学过程中是稳定的,并且能够提供一定的承载能力与表面裂纹萌生抗性。 展开更多

关键词 2d-sic_(f)/sic陶瓷基复合材料 蠕变性能 蠕变损伤 碳化硅夹具

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多物理耦合损伤对陶瓷基复合材料摩擦磨损性能影响

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作者 刘沛卓 王贺权 +1 位作者 张佳平 段宏宇 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期23-30,共8页

采取加热-水淬循环的方式对化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解(PIP)复合工艺制备成的2.5D编织SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料进行热震试验,并对热震后的材料进行单向拉伸试验,研究在多物理耦合损伤(不同热震次数、拉伸)下材料的摩擦性能及... 采取加热-水淬循环的方式对化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解(PIP)复合工艺制备成的2.5D编织SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料进行热震试验,并对热震后的材料进行单向拉伸试验,研究在多物理耦合损伤(不同热震次数、拉伸)下材料的摩擦性能及摩擦磨损机制。结果表明单一拉伸损伤会导致材料内部缺陷增多,拉伸损伤程度越高,磨损量与磨损率越大,但材料的摩擦系数变化趋势、磨损机理没有改变。在热震30次后材料表面出现凹坑,具有疲劳磨损的特征。多物理耦合损伤下,由于热震后材料表面产生氧化物,作用在表面织构起到了固体润滑剂的效果导致减磨,使得材料的磨损量与磨损率降低。并且磨损机理发生改变,单一拉伸损伤的SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料的磨损机理主要是磨粒磨损,经过10次热震后转变为磨粒磨损和粘着磨损,在热震30次后材料表面出现凹坑,具有疲劳磨损的特征。 展开更多

关键词 sic_(f)/sic复合材料 陶瓷基 热震 多物理耦合损伤 摩擦磨损

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基于深度学习的平纹C_(f)/SiC复合材料原位拉伸损伤演化与断裂分析 被引量：8

8

作者 杜永龙 张毅 +3 位作者 王龙 郭纬愉 程相伟 张大旭 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第1期249-257,共9页

为揭示平纹C_(f)/SiC复合材料的拉伸损伤演化及失效机理,开展了X射线CT原位拉伸试验,获得材料的三维重构图像,利用深度学习的图像分割方法,准确识别出拉伸裂纹并实现其三维可视化。分析了平纹C_(f)/SiC复合材料损伤演化与失效机理,基于... 为揭示平纹C_(f)/SiC复合材料的拉伸损伤演化及失效机理,开展了X射线CT原位拉伸试验,获得材料的三维重构图像,利用深度学习的图像分割方法,准确识别出拉伸裂纹并实现其三维可视化。分析了平纹C_(f)/SiC复合材料损伤演化与失效机理,基于裂纹的三维可视化结果对材料损伤进行了定量表征。结果表明:平纹C_(f)/SiC复合材料的拉伸力学行为呈现非线性,拉伸过程中主要出现基体开裂、界面脱黏、纤维断裂及纤维拔出等损伤;初始缺陷易引起材料损伤,孔隙多的部位裂纹数量也多;纤维束外基体裂纹可扩展至纤维束内部,并发生裂纹偏转。基于深度学习的智能图像分割方法为定量评估陶瓷基复合材料损伤演化与失效机理提供了有效分析手段。 展开更多

关键词 陶瓷基复合材料 C_(f)/sic复合材料 损伤 断裂 原位试验 人工智能

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2D C/SiC复合材料低速冲击损伤研究 被引量：5

9

作者 姚磊江 李自山 +1 位作者 程起有 童小燕 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期311-314,共4页

通过2D C/SiC复合材料的低速冲击试验和冲击后压缩试验,以及超声C扫描和红外热波两种无损检测方法,研究了冲击能量与冲击损伤的关系及其对压缩性能的影响.结果表明:C/SiC具有较好的损伤容限能力,冲击能量低于1.5J时几乎无目视损伤,高于9... 通过2D C/SiC复合材料的低速冲击试验和冲击后压缩试验,以及超声C扫描和红外热波两种无损检测方法,研究了冲击能量与冲击损伤的关系及其对压缩性能的影响.结果表明:C/SiC具有较好的损伤容限能力,冲击能量低于1.5J时几乎无目视损伤,高于9J时有被击穿的趋势.冲击后的名义压缩强度和压缩模量随着冲击能量的增加呈下降趋势,最多分别下降了44.7%和16.9%. 展开更多

关键词 陶瓷基复合材料 2D C/sic 低速冲击 冲击后压缩

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强噪声载荷下2D-C/SiC复合材料平板失效机理 被引量：2

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作者 栾新刚 尹良宣 +4 位作者 陈禹同 陈博 成来飞 李海波 吴振强 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期373-381,共9页

2D-C/SiC复合材料壁板结构是高超声速飞行器热防护系统的发展方向,高超声速飞行器面临着严酷的力、热、噪声等复杂环境对结构材料性能、结构动力学特性、自动控制等都产生了严重影响。基于自行研制的热噪声试验系统,选取C/SiC薄壁结构... 2D-C/SiC复合材料壁板结构是高超声速飞行器热防护系统的发展方向,高超声速飞行器面临着严酷的力、热、噪声等复杂环境对结构材料性能、结构动力学特性、自动控制等都产生了严重影响。基于自行研制的热噪声试验系统,选取C/SiC薄壁结构试验件,开展噪声为156~165dB的噪声试验,试验后通过红外热成像检测观察整体形貌,采用SEM对裂纹的起始位置和扩展位置的断面进行分析,揭示出强噪声激励下2D-C/SiC平板的失效机理。 展开更多

关键词 强噪声载荷 2D-C/sic 陶瓷基复合材料 薄壁结构 失效机理

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陶瓷基复合材料力学性能计算及涡轮导叶宏观响应分析方法 被引量：2

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作者 刘鑫 乔逸飞 +1 位作者 董少静 申秀丽 《航空发动机》 北大核心 2021年第6期85-90,共6页

针对涡轮导叶宏观热力学响应,将化学气相沉积工艺2D编织SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料完成拉伸试验并将该试件进行分割,对分割后的试样进行断面电镜扫描,测量统计细观编织结构参数,建立考虑缺陷位置和形状的代表性体积单元模型。采用细观... 针对涡轮导叶宏观热力学响应,将化学气相沉积工艺2D编织SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料完成拉伸试验并将该试件进行分割,对分割后的试样进行断面电镜扫描,测量统计细观编织结构参数,建立考虑缺陷位置和形状的代表性体积单元模型。采用细观有限元方法,应用该模型计算得到SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料的宏观弹性常数。结果表明:面内拉伸模量预测值比试验值低4.4%,剪切模量预测值比试验值高7.8%。结合陶瓷基复合材料涡轮导叶的加工工艺,建立了材料分布映射模型,对导叶典型特征结构件在给定热载荷下的宏观响应进行预测。结果表明:涡轮导叶典型结构加热段尾缘第1主应变预测值比试验值低5.5%。 展开更多

关键词 sic_(f)/sic陶瓷基复合材料 代表性体积单元 涡轮导叶 材料分布映射 宏观响应 尾缘第1主应变 航空发动机

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SiC_(f)/SiC复合材料超声辅助磨削试验研究 被引量：2

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作者 王学智 丛铭 +2 位作者 刘清遥 王奔 王明海 《工具技术》 北大核心 2023年第3期9-14,共6页

连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_(f)/SiC)具有密度低、模量高、强度高、耐高温和抗氧化等优点,在航空航天领域具有广阔的应用前景。针对SiC_(f)/SiC复合材料加工过程中易产生纤维断裂、翘曲和拔出等问题,采用电镀金刚石磨头对S... 连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料(SiC_(f)/SiC)具有密度低、模量高、强度高、耐高温和抗氧化等优点,在航空航天领域具有广阔的应用前景。针对SiC_(f)/SiC复合材料加工过程中易产生纤维断裂、翘曲和拔出等问题,采用电镀金刚石磨头对SiC_(f)/SiC复合材料进行超声辅助磨削试验研究,测量并对比超声辅助磨削与普通磨削在不同磨削参数下磨削力和磨削力比的变化,观察加工表面质量。结果表明:超声辅助磨削能显著降低SiC_(f)/SiC的磨削力比并提升表面质量,但当磨削速度不断增加时,超声辅助加工的效果减弱并趋于普通磨削。 展开更多

关键词 sic_(f)/sic复合材料 陶瓷基复合材料 超声辅助磨削 表面粗糙度 材料去除机理

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碳化硅纤维增强碳化硅抗氧化陶瓷材料研究及应用进展 被引量：1

13

作者 周天祥 张丰泽 +6 位作者 熊成荣 李国财 苏小丽 曾涛 施玮 陈云霞 董罡 《中国陶瓷》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期1-8,共8页

碳化硅纤维/碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料兼具SiC_(f)较高的韧性以及SiC陶瓷高熔点、高硬度和高强度的特性,在航空航天、核能和耐磨器件等领域具有广泛的应用前景。SiC_(f)/SiC复合材料的开发与其界面相的研究进展密切相关。其中... 碳化硅纤维/碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料兼具SiC_(f)较高的韧性以及SiC陶瓷高熔点、高硬度和高强度的特性,在航空航天、核能和耐磨器件等领域具有广泛的应用前景。SiC_(f)/SiC复合材料的开发与其界面相的研究进展密切相关。其中复合材料的界面相指SiC_(f)/SiC中界面处的微观组织结构,一方面,界面相能够实现基体-纤维间的裂纹偏转以及载荷传递,还能够减少基体-纤维内部的残余应力,保证材料的非脆性断裂;另一方面,合适的界面相材料还能够提高SiC_(f)/SiC复合材料的抗氧化性能,从而进一步提升材料整体的耐高温性能。根据不同的设计理念,从界面相的三种不同形式展开,简述了不同界面相材料种类对SiC_(f)/SiC复合材料的影响、并对未来碳化硅纤维增强碳化硅抗氧化陶瓷材料的发展趋势和应用进行了展望。 展开更多

关键词 sic_(f)/sic陶瓷基复合材料 界面相 非脆性断裂 抗氧化

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