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SiC/SiC复合编织管的抗热冲击性能与失效机理研究 被引量:1
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作者 胡庆宽 许琦鹏 +3 位作者 万志慧 杨保建 周为 晋小超 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期288-296,共9页
以二维二轴编织的SiC/SiC复合编织管为研究对象,研究其抗热冲击性能及失效机理。自主搭建了基于石英灯辐照加热的循环热冲击试验平台,基于该平台开展了SiC/SiC复合编织管的循环热冲击试验考核,并对循环热冲击后的复合编织管进行了径向... 以二维二轴编织的SiC/SiC复合编织管为研究对象,研究其抗热冲击性能及失效机理。自主搭建了基于石英灯辐照加热的循环热冲击试验平台,基于该平台开展了SiC/SiC复合编织管的循环热冲击试验考核,并对循环热冲击后的复合编织管进行了径向压缩测试,探究了复合编织管力学性能与破坏机理,拟合得到了热冲击强度退化经验公式。研究结果表明,搭建的循环热冲击试验平台能够模拟快速升降温的实际服役环境,最高升温、降温速率在试验过程中分别可达约40、60℃/s。随着热冲击循环次数的增加,SiC/SiC复合编织管环向拉伸强度下降,且降幅随之增大。热冲击产生的热应力导致纤维周围的基体产生微裂纹,弱化了纤维束与基体之间的连接,这是复合编织管强度降低的原因之一。拟合的强度退化经验公式能够准确描述强度退化规律,可以满足工程应用需求。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 sic/sic复合编织管 石英灯辐照加热 热冲击 失效机理
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环境温度对二维编织SiC/SiC复合材料拉-拉疲劳性能的影响
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作者 陈易诚 邓杨芳 +3 位作者 王红彬 于国强 高希光 宋迎东 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期68-73,104,共7页
为了研究环境温度对陶瓷基复合材料疲劳性能的影响,在室温和800℃、1000℃、1200℃氩气环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉-拉疲劳实验。获取了四种温度条件下二维编织SiC/SiC复合材料的S-N曲线。基于实验结果分析了室温环境与高... 为了研究环境温度对陶瓷基复合材料疲劳性能的影响,在室温和800℃、1000℃、1200℃氩气环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉-拉疲劳实验。获取了四种温度条件下二维编织SiC/SiC复合材料的S-N曲线。基于实验结果分析了室温环境与高温环境下材料疲劳特性的差异以及材料疲劳极限随实验温度的变化规律。在光学显微镜下对不同温度条件下的试件断口进行了观察。结果表明:800℃以上高温氩气环境下二维编织SiC/SiC复合材料的疲劳极限应力要大幅低于室温环境,并且800℃、1000℃、1200℃三种温度下材料的疲劳极限应力呈现出随温度升高而阶梯下降的规律。室温环境下材料失效前的最大应变在0.41%左右,800℃~1200℃范围内材料失效前的最大应变在0.2%左右。高温条件下疲劳断裂试件断口纤维拔出现象较室温试件明显,并且纤维拔出程度会随着温度的升高而加剧。实验结果证明在惰性气体环境下温度仍对二维编织SiC/SiC复合材料的疲劳性能起着决定性的作用。最大应变数据可用于判断材料的疲劳损伤程度。高温条件下二维编织SiC/SiC复合材料内部界面性能会出现衰退导致材料的疲劳性能下降。 展开更多
关键词 航空发动机 陶瓷基复合材料 二维编织sic/sic复合材料 疲劳性能 断口形貌
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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
5
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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SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料制备技术研究进展
6
作者 王衍飞 刘荣军 +2 位作者 张金 杜金平 李端 《材料工程》 北大核心 2025年第4期52-74,共23页
连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料具有轻质、高强韧、耐高温、抗氧化等优异的综合性能,是在航空涡轮发动机热端部件和新型空天飞行器防热结构等领域具有广泛应用前景的先进材料。本文从SiC_(f)/SiC复合材料的四大... 连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiC_(f)/SiC)陶瓷基复合材料具有轻质、高强韧、耐高温、抗氧化等优异的综合性能,是在航空涡轮发动机热端部件和新型空天飞行器防热结构等领域具有广泛应用前景的先进材料。本文从SiC_(f)/SiC复合材料的四大组成单元出发,综述了SiC纤维、界面相、SiC基体和环境障涂层(EBC)制备技术研究进展,并提出了SiC_(f)/SiC复合材料未来发展需要突破的瓶颈问题。目前第三代SiC纤维具有近化学计量的C/Si比,并且具有优异的高温力学性能和耐温性能。界面相的结构和抗氧化性能对SiC_(f)/SiC复合材料在高温有氧环境下的力学性能起着决定性作用,探索与SiC相匹配且具有优异抗氧化性能的新型界面相,并且实现连续均匀制备,是界面相发展的研究重点。SiC_(f)/SiC复合材料常用的制备方法主要有PIP法、CVI法和RMI法,但是单一方法已经无法满足复合材料的性能需求,由此研究者主要开展了CVI-PIP联用工艺制备SiC_(f)/SiC复合材料的工艺参数、微观结构和力学性能等研究。环境障涂层作为防止SiC_(f)/SiC复合材料受到外界环境侵蚀的屏障,在第三代Si/Yb2Si2O7环境障涂层体系基础上,通过补充Si源、自愈合等策略可制备得到高可靠、长寿命的环境障涂层,从而提高SiC_(f)/SiC复合材料构件的服役寿命。为了实现SiC_(f)/SiC复合材料的广泛应用,未来还需要在复合材料结构设计、低成本制造、新型抗氧化界面相开发、抗开裂、抗剥落的新型环境障涂层研制、失效分析与寿命预测等方面开展进一步的研究工作。 展开更多
关键词 sic_(f)/sic复合材料 sic纤维 界面相 EBC涂层 制备工艺
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2.5D C_(f)/SiC复合材料与SiC陶瓷微磨削性能对比试验研究
7
作者 巩亚东 李远峰 +1 位作者 温泉 任启震 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期52-60,共9页
为探究2.5D C_(f)/SiC复合材料与SiC陶瓷的微尺度磨削过程,对比2种材料在同一工艺参数下表面显微形貌、表面粗糙度与磨削力的差异,并分析工艺参数变化对磨削性能评价参数的影响;采用直径为0.9 mm的500#电镀金刚石微磨具对2种材料分别进... 为探究2.5D C_(f)/SiC复合材料与SiC陶瓷的微尺度磨削过程,对比2种材料在同一工艺参数下表面显微形貌、表面粗糙度与磨削力的差异,并分析工艺参数变化对磨削性能评价参数的影响;采用直径为0.9 mm的500#电镀金刚石微磨具对2种材料分别进行单因素微磨削试验.结果表明,2.5D C_(f)/SiC复合材料去除过程不同于SiC陶瓷,这是因为复合材料增强纤维的存在,有效抑制了微磨削过程中裂纹的扩展;在同一工艺参数下,2.5D C_(f)/SiC复合材料表面微观形貌较好、缺陷少、表面粗糙度小,而无纤维增强的SiC陶瓷表面微观形貌较差、缺陷多、表面粗糙度大;SiC陶瓷的平均磨削力大于2.5D C_(f)/SiC,并且在微磨削过程中,2.5D C_(f)/SiC的实时磨削力信号较平稳,而SiC陶瓷的实时磨削力信号存在尖刺. 展开更多
关键词 2.5D C_(f)/sic复合材料 sic陶瓷 微磨削过程 表面微观形貌 表面粗糙度 磨削力
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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
8
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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石墨烯强化铜泡沫对SiC_(f)/SiC复合材料与高温合金钎焊接头组织性能的影响
9
作者 张瑜 张宏强 +4 位作者 梅寒 龙伟民 张雷 赵伟 郭伟 《精密成形工程》 北大核心 2025年第3期49-57,共9页
目的通过石墨烯强化铜泡沫结合AgCuTi钎料实现SiC_(f)/SiC复合材料与Nb521合金的可靠钎焊连接,并系统研究石墨烯强化铜泡沫对接头微观组织和力学性能的影响。方法采用AgCuTi钎料结合石墨烯强化铜泡沫中间层的方法实现了SiC_(f)/SiC与Nb... 目的通过石墨烯强化铜泡沫结合AgCuTi钎料实现SiC_(f)/SiC复合材料与Nb521合金的可靠钎焊连接,并系统研究石墨烯强化铜泡沫对接头微观组织和力学性能的影响。方法采用AgCuTi钎料结合石墨烯强化铜泡沫中间层的方法实现了SiC_(f)/SiC与Nb521合金的可靠钎焊连接。通过显微组织观察、能谱分析和剪切强度测试,系统研究了石墨烯强化铜泡沫对钎焊接头的影响。结果引入石墨烯强化铜泡沫后,焊缝中的Cu(s,s)从针状转变为块状,同时Ti_(2)Cu均匀弥散分布在Cu(s,s)周围,形成互锁效应与复合强化效应。钎焊接头的剪切强度提升至85 MPa,块状Cu(s,s)的形成和Ti_(2)Cu的均匀分布改善了焊缝的韧性。结论石墨烯强化泡沫铜作为中间层有效改善了钎焊接头的微观组织,促进了块状Cu(s,s)的形成,优化了Ti_(2)Cu的分布,从而显著提高了接头的剪切强度和热稳定性。 展开更多
关键词 真空钎焊 sic_(f)/sic复合材料 中间层 微观组织 力学性能
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Ag基钎料钎焊SiC_(f)/SiC复合材料异质接头组织性能研究
10
作者 张瑜 张宏强 +3 位作者 梅寒 赵伟 徐彦强 郭伟 《精密成形工程》 北大核心 2025年第5期113-122,共10页
目的 解决SiC_(f)/SiC复合材料与镍基高温合金异质钎焊接头中相容性差、组织反应复杂的问题。方法采用多种Ag基钎料实现了SiC_(f)/SiC复合材料的同质与异质钎焊连接。通过SEM与热力学计算探究了不同钎料对异质钎焊接头微观组织与剪切性... 目的 解决SiC_(f)/SiC复合材料与镍基高温合金异质钎焊接头中相容性差、组织反应复杂的问题。方法采用多种Ag基钎料实现了SiC_(f)/SiC复合材料的同质与异质钎焊连接。通过SEM与热力学计算探究了不同钎料对异质钎焊接头微观组织与剪切性能的影响,揭示了异质接头组织及物相的调控机理。结果 通过对接头微观组织进行多界面表征分析,对比分析了同质与异质接头组织的差异,揭示了活性元素Ti对SiC_(f)/SiC复合材料接头微观组织的调控作用。AgCuTi钎料钎焊异质接头形成了TiC层,实现了SiC_(f)/SiC复合材料侧薄弱界面的强化,该接头微观组织均匀且无缺陷。AuCuPd钎料钎焊异质接头因Ni、Si、Pd元素的剧烈反应而导致接头存在较多脆性相与裂纹。AgCuTi钎料钎焊异质接头的强度达59 MPa,是AgCuPd的2倍,且与同质接头强度相近。结论 活性元素Ti的添加有效改善了SiC_(f)/SiC复合材料的润湿性及异质界面连接性,接头微观组织均匀、接头性能较高。 展开更多
关键词 钎焊 sic_(f)/sic复合材料 镍基高温合金 微观组织 力学性能
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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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SiC/SiO_(2)复合涂层对碳纤维及其复合材料抗氧化性能影响研究 被引量:1
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作者 闫海波 陶佳栋 +3 位作者 周子涵 黄志雄 石敏先 丁杰 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第3期130-138,共9页
采用溶胶-凝胶法和先驱体浸渍裂解法在碳纤维表面制备了一种SiC/SiO_(2)复合涂层,并使用热压罐工艺制备了碳纤维增强酚醛树脂基复合材料,测试了复合材料在600℃、800℃、1000℃下氧化后的弯曲强度,研究了涂层对碳纤维及其复合材料抗氧... 采用溶胶-凝胶法和先驱体浸渍裂解法在碳纤维表面制备了一种SiC/SiO_(2)复合涂层,并使用热压罐工艺制备了碳纤维增强酚醛树脂基复合材料,测试了复合材料在600℃、800℃、1000℃下氧化后的弯曲强度,研究了涂层对碳纤维及其复合材料抗氧化性能的影响。结果表明:经过在1000℃空气下的氧化,复合涂层碳纤维/酚醛树脂复合材料弯曲强度为60 MPa,是相同条件下的原始碳纤维/酚醛树脂复合材料弯曲强度的3.3倍,SiC/SiO_(2)涂层对碳纤维有较好的抗氧化效果且会使复合材料具备一定的弯曲强度。在SiC/SiO_(2)涂层的协同保护下,复合涂层碳纤维/酚醛树脂复合材料在氧乙炔火焰下表现出更好的耐烧蚀性能。 展开更多
关键词 sic/SiO_(2)复合涂层 碳纤维 树脂基复合材料 抗氧化性能 弯曲性能 耐烧蚀性能
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连续吸波SiC纤维增强SiOC陶瓷基复合材料的高温吸波性能 被引量:1
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作者 施巧英 李静丹 +1 位作者 甘念渝 李思维 《材料工程》 北大核心 2025年第1期81-90,共10页
利用带原位BN涂层的吸波SiC纤维为增强体,以硅氧碳(SiOC)陶瓷为基体,采用先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备SiC-BN/SiOC陶瓷基复合材料。在7个PIP制备周期后复合材料实现致密化,密度为2.05 g/cm^(3),孔隙率... 利用带原位BN涂层的吸波SiC纤维为增强体,以硅氧碳(SiOC)陶瓷为基体,采用先驱体浸渍裂解(precursor infiltration pyrolysis,PIP)工艺制备SiC-BN/SiOC陶瓷基复合材料。在7个PIP制备周期后复合材料实现致密化,密度为2.05 g/cm^(3),孔隙率为4.28%。采用矢量网络分析仪测试介电常数,结合传输线理论对复合材料在8.2~18 GHz下室温至800℃的吸波性能进行计算优化。结果表明:SiC-BN/SiOC复合材料的室温介电常数呈现出明显的频散效应,使其具有良好的宽频吸波特性。当复合材料厚度为2.1 mm时,在X波段和Ku波段反射损耗优于-10 dB的最大频宽为5.7 GHz。此外,复合材料的复介电常数实部和虚部随着环境温度的升高而增大。在宽频反射损耗优于-5 dB的水平下,材料的最优厚度由2.3 mm(200℃)降至1.1 mm(800℃)。 展开更多
关键词 sic纤维 SiOC陶瓷 复合材料 介电常数 微波吸收
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C_(f)/SiC复合材料超声振动辅助小孔钻削试验研究 被引量:1
14
作者 孙婷 解丽静 +3 位作者 姜佳明 刘桐语 吴嘉祺 王西彬 《工具技术》 北大核心 2025年第6期28-33,共6页
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC)是典型的难加工材料。在其上钻削小孔时极易出现制孔缺陷,影响零部件性能及可靠性。因此以ϕ2 mm小孔为研究对象,使用清水作为切削液,研究在常规和超声振动辅助条件下,干钻削、浸水钻削和喷水... 碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_(f)/SiC)是典型的难加工材料。在其上钻削小孔时极易出现制孔缺陷,影响零部件性能及可靠性。因此以ϕ2 mm小孔为研究对象,使用清水作为切削液,研究在常规和超声振动辅助条件下,干钻削、浸水钻削和喷水钻削6种不同钻削加工条件对切削力以及孔加工表面质量的影响规律。研究结果表明,在相同切削参数条件下,常规干钻削的轴向切削力较小,湿式钻削会因水填充材料而使材料综合强度和切削抗力增加。超声振动能够有效降低C_(f)/SiC复合材料钻削中的轴向力和扭矩,对孔出口棱边及孔壁缺陷有一定的抑制作用,超声振动辅助干钻削、喷水钻削以及浸水钻削的平均轴向力分别减小28%,42%和63%,最大扭矩分别减小48%,62%和61%。超声浸水钻削和常规干钻削有较小的切削力和较好的孔加工质量,适合钻削加工C_(f)/SiC复合材料。 展开更多
关键词 C_(f)/sic复合材料 超声振动辅助钻削 切削力 孔加工质量
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Inconel 718合金激光熔覆Ni60/SiC复合涂层摩擦学及抗氧化性能 被引量:2
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作者 牛婧婧 刘秀波 +3 位作者 谢晓明 梁吉祥 刘翔宇 郑军 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第7期974-986,共13页
为了提高Inconel 718合金在高温高压和强氧化等恶劣工况下的服役性能,采用激光熔覆在其表面上制备了掺杂不同SiC质量分数的Ni60-SiC复合涂层:Ni60-10%SiC(C1)、Ni60-20%SiC(C2)和Ni60-30%SiC(C3).利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(... 为了提高Inconel 718合金在高温高压和强氧化等恶劣工况下的服役性能,采用激光熔覆在其表面上制备了掺杂不同SiC质量分数的Ni60-SiC复合涂层:Ni60-10%SiC(C1)、Ni60-20%SiC(C2)和Ni60-30%SiC(C3).利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散仪(EDS)等表征方法和高温摩擦磨损试验等性能测试方法,对涂层的物相、显微组织、显微硬度和摩擦学性能进行了系统分析,并深入探讨了其在室温及600℃下的磨损机理和800℃下的抗氧化性能.结果表明:Ni60-SiC复合涂层的主要物相为(Fe,Ni)、CrNi_(x)、Ni_(3)Si和Cr_(23)C_(6);由于固溶强化、细晶强化以及弥散分布在涂层内部的硬质相,涂层的显微硬度为基材的2.6~3.1倍;室温和600℃下,C2涂层的减摩性和耐磨性均表现最佳,平均摩擦系数分别提高了20.44%和46.62%,磨损率分别降低了75.12%和63.70%;随着SiC含量的增加,犁削效应减弱和脆性脱黏出现导致平均摩擦系数先降低后上升;此外,所有涂层的抗氧化性能均优于基材,其中C3涂层表现出最优异的抗氧化性能. 展开更多
关键词 激光熔覆 Ni60/sic复合涂层 摩擦学性能 磨损机理 抗氧化性能
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SiC过渡层对SiC/SiC陶瓷基复合材料表面MoSi_(2)-SABB涂层结合性能的影响
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作者 曹路涵 孟佳 +4 位作者 薛玉冬 盛晓晨 崔苑苑 乐军 宋力昕 《无机材料学报》 北大核心 2025年第10期1119-1128,共10页
SiC/SiC陶瓷基复合材料(SiC/SiC CMCs)以其耐高温、低密度、高强度等优点有望被用于可重复使用空天飞行器的热防护系统。鉴于空天飞行器面临的复杂恶劣使用环境,为满足可重复使用的要求,亟需在SiC/SiC CMCs表面制备高温抗氧化封严涂层... SiC/SiC陶瓷基复合材料(SiC/SiC CMCs)以其耐高温、低密度、高强度等优点有望被用于可重复使用空天飞行器的热防护系统。鉴于空天飞行器面临的复杂恶劣使用环境,为满足可重复使用的要求,亟需在SiC/SiC CMCs表面制备高温抗氧化封严涂层。由于SiC/SiC CMCs表面粗糙且各向异性,易诱导涂层开裂失效,有待进一步研究封严涂层设计和涂层结合性能优化。本工作通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)法在SiC/SiC CMCs表面设计制备了SiC过渡层,解决了MoSi_(2)掺杂的SiO_(2)-Al_(2)O_(3)-BaO-B_(2)O_(3)(MoSi_(2)-SABB)玻璃陶瓷复合涂层的开裂剥落问题,使涂层展现出良好的抗热震性能。有限元分析表明SiC过渡层能够有效降低MoSi_(2)-SABB涂层与基材界面的残余应力,缓解残余应力的各向异性,显著提升涂层的结合性能。结合第一性原理计算探究了不同晶型、极性SiC过渡层与MoSi_(2)-SABB涂层的结合机制,揭示了SiC过渡层的晶型与极性是影响涂层结合性能的关键因素。本研究为设计SiC/SiC CMCs表面封严涂层与优化涂层结合性能提供了重要依据。 展开更多
关键词 sic/sic陶瓷基复合材料 sic过渡层 玻璃陶瓷复合涂层 结合性能
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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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SiC_(f)/TC17复合材料的疲劳断裂机理研究
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作者 张弛 周文龙 +3 位作者 王敏涓 付雪松 黄浩 陈国清 《材料科学与工艺》 北大核心 2025年第4期14-21,共8页
纤维增强钛基复合材料因其具有较高的比强度和比模量,同时具有良好的耐高温性能,被广泛应用于航空涡轮发动机叶环等结构件。由于其断裂失效形式比较复杂,为了探究其疲劳失效机制,本文利用疲劳试验机对SiC_(f)/TC17复合材料开展了室温疲... 纤维增强钛基复合材料因其具有较高的比强度和比模量,同时具有良好的耐高温性能,被广泛应用于航空涡轮发动机叶环等结构件。由于其断裂失效形式比较复杂,为了探究其疲劳失效机制,本文利用疲劳试验机对SiC_(f)/TC17复合材料开展了室温疲劳实验,通过扫描电子显微镜观察了SiC_(f)/TC17复合材料的断裂行为,研究了连续SiC纤维增强TC17合金复合材料的疲劳性能,分析了SiC_(f)/TC17复合材料在交变载荷下的疲劳断裂机理。结果表明:SiC_(f)/TC17复合材料的疲劳寿命波动较大。在室温交变载荷条件下,SiC_(f)/TC17复合材料疲劳裂纹萌生于TC17合金包套的次表层处,且为多个疲劳源;随着疲劳裂纹向前扩展,在疲劳裂纹扩展区呈现疲劳条带及二次裂纹,在扩展过程中,当裂纹前端遇到SiC纤维时,在SiC_(f)/基体界面发生偏转和界面脱粘,裂纹绕过纤维继续在基体中扩展,产生纤维桥接效应,纤维分担了基体中的载荷,有利于复合材料的抗疲劳性能;在疲劳后期的瞬断区,TC17合金基体发生塑性变形,SiC纤维发生断裂,脱粘的纤维呈拔出形态,复合材料完全断裂失效。研究结果可为SiC_(f)/TC17复合材料设计与工艺优化提供指导和依据。 展开更多
关键词 sic纤维 钛基复合材料 疲劳断裂机理 裂纹扩展 纤维桥接
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C_(f)/SiC复合材料微小孔的钻削加工特性
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作者 杨昊天 何文博 +3 位作者 赵国龙 年智文 杨吟飞 李亮 《中国机械工程》 北大核心 2025年第7期1600-1610,共11页
采用金刚石钻头在垂直和平行于C_(f)/SiC复合材料编织面方向上加工了直径0.5 mm的孔,探讨了钻削方式和工艺参数对钻削力、孔质量和刀具磨损的影响,研究了材料的去除机理和刀具的磨损机理。研究结果表明,与平行钻削相比,垂直钻削的轴向力... 采用金刚石钻头在垂直和平行于C_(f)/SiC复合材料编织面方向上加工了直径0.5 mm的孔,探讨了钻削方式和工艺参数对钻削力、孔质量和刀具磨损的影响,研究了材料的去除机理和刀具的磨损机理。研究结果表明,与平行钻削相比,垂直钻削的轴向力大30%、孔口损伤因子小8%、圆度误差大20%且刀具磨损速率小。分层缺陷导致平行钻削的孔壁表面粗糙度小于垂直钻削。纤维方向角对材料去除机理有较大影响,纤维方向角为0°~90°时,碳纤维发生剪切断裂,表面质量较好;纤维方向角为90°~180°时,碳纤维发生弯曲断裂,表面质量较差。 展开更多
关键词 C_(f)/sic复合材料 钻削 孔质量 纤维方向角 材料去除机理
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增强相预氧化对激光粉末床熔融SiC/AlSi10Mg复合材料微观组织及力学性能的影响
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作者 李琛 万杰 +6 位作者 坚佳莹 李聪 董浩 袁满 杨海欧 林鑫 陈豫增 《热加工工艺》 北大核心 2025年第14期79-88,共10页
在铝基复合材料领域中,SiC是一种常用的增强相颗粒,但其表面通常会有较高的表面能,直接使用SiC颗粒作为增强相难以充分发挥其性能强化效果,因此,需要对SiC进行预处理工作。系统研究了粉末高温氧化预处理对选择性激光熔化成形SiC/AlSi10M... 在铝基复合材料领域中,SiC是一种常用的增强相颗粒,但其表面通常会有较高的表面能,直接使用SiC颗粒作为增强相难以充分发挥其性能强化效果,因此,需要对SiC进行预处理工作。系统研究了粉末高温氧化预处理对选择性激光熔化成形SiC/AlSi10Mg复合材料微观组织与力学性能的影响。通过对比未处理、SiC高温氧化处理的两种复合材料物相组成、致密性、晶粒取向及力学行为,揭示处理工艺对材料性能的调控机制。结果表明,SiC颗粒经高温氧化后表面生成SiO_(2)薄膜,显著抑制了SiC与熔融Al基体的有害界面反应(生成Al_(4)SiC_(4)相),减少孔隙率并降低应力集中,使复合材料的抗压强度提升至584.7 MPa,抗拉强度达到424.6 MPa,伸长率达到5.2%。未预处理的复合材料抗压强度仅为574.5 MPa,抗拉强度为397.2 MPa,伸长率为1.8%。SiC颗粒氧化抑制了SiC与熔融Al基体的原位反应,从而抑制共晶硅粗化、减少微孔缺陷,协同增强了界面结合强度与位错钉扎效应。本研究为高强韧铝基复合材料的SLM成形工艺优化提供了理论依据与实验支撑。 展开更多
关键词 sic/AlSi10Mg复合材料 选择性激光熔化 高温预氧化 压缩性能 拉伸性能
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