2D C/C复合材料微观结构与力学性能的研究

采用等温化学气相渗透方法,通过调整沉积工艺,制备了具有不同微观组织结构的2D C/C复合材料.利用偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)结合选区电子衍射(SAED),研究了热解炭基体微观组织结构,借助万能试验机测试了材料的三点弯曲性能.结果表明:层状高织构(HT)热解炭基体占优时C/C复合材料表现为假塑性断裂;扁平片状中织构(MT)热解炭与颗粒状各向同性层热解炭(ISO)有利于提高材料的弯曲强度;HT基体与炭纤维界面结合良好,界面处不存在非HT织构,但取向角(OA)略有增大.

粗糙层组织结构2D-C／C复合材料的制备及特性

在沉积温度为1080-1200℃、沉积总压力为10 kPa和气体滞留时间为0.01 s的条件下,以天然气为碳源,以氮气为载气,使用新型ICVI工艺对预制体初始密度为0.43 g/cm^3(纤维体积分数25%)的2D针刺整体炭毡进行致密化,在150 h内制备出表观密度为1.75 g/cm^3的C/C复合材料.用偏光显微镜和高分辨扫描电镜观察了热解碳基体的微观组织结构,分析了三点弯曲试样的断口形貌.结果表明:制备的C/C复合材料具有粗糙层(RL)组织结构,试样的弯曲强度为164.77 MPa、模量为21.34 GPa,表现为阶梯式失效,断裂行为呈现出明显的假塑性.

超短气体滞留时间制备C/C复合材料及其组织研究

以2D针刺炭毡为预制体,天然气为炭源前驱体,无稀释气体,绝对压力为10kPa,沉积温度为1100℃的工艺条件下,通过新型等温化学气相沉积工艺(ICVI),控制气体滞留时间分别为0.01,0.02,0.03s。研究在此超短气体滞留时间下C/C复合材料的致密化过程及密度分布,并采用偏光显微镜(PLM),扫描电子显微镜(SEM)观察其微观组织结构形貌。结果表明:在0.01s的气体滞留时间下,150h的渗透时间内可以制备出表观密度达到1.75g/cm3以上,密度呈现内高外低特点的C/C复合材料,其组织结构为中织构(MT)和高织构(HT)的双层织构,MT只在纤维表面存在且厚度小于2μm,其他均为HT组织。

C/C复合材料SiC-TaSi_2/MoSi_2抗氧化复合涂层研究

采用包埋技术在C/C复合材料表面制备SiC-TaSi_2/MoSi_2抗氧化复合涂层,通过恒温氧化实验以及X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,研究了包埋粉料中Ta,Mo含量对复合涂层微观结构和高温抗氧化性能的影响.结果表明,Ta,Mo摩尔比为1:1时所制备的复合涂层具有相对较大的厚度和较为致密的结构,氧化过程中在该涂层表面形成致密和稳定的玻璃态SiO_2保护膜.在1500℃氧化326h和经过23次1500℃至室温间的急冷急热后,带有该涂层的C/C试样失重仅为0.97%,表明该涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能.

化学气相沉积低温热解炭的微观组织结构与沉积模型

利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)结合选取电子衍射(SAED)研究了化学气相沉积低温热解炭的微观组织结构。结果表明:低温热解炭是由直径小于2μm的球形颗粒状炭组成,该球形颗粒状炭的核心是炭黑颗粒,外层为中织构热解炭。其沉积过程主要经历了:微小炭黑颗粒的萌生,炭黑颗粒外层的生长,炭颗粒表面热解炭的沉积和炭颗粒的聚集长大四个过程。

HfC改性C/C复合材料整体喉衬的烧蚀性能研究

采用热梯度化学气相沉积工艺制备了碳化铪改性和未改性整体炭毡增强的炭/炭(C/C)复合材料整体喉衬,采用小型固体火箭发动机试车台装置(平均工作压强为7MPa)测定了它们的烧蚀性能.结合扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析,讨论了碳化铪改性对C/C复合材料整体喉衬烧蚀行为的影响.结果表明:与未改性的C/C复合材料整体喉衬相比,碳化铪改性C/C复合材料整体喉衬的烧蚀过程中存在一个线烧蚀率恒定的稳定烧蚀阶段,且其线烧蚀率减小了34%,质量烧蚀率减小了13%.

热加工及热处理工艺对Ti80合金棒材组织和性能的影响

对不同的热加工工艺及热处理工艺获得的Ti80合金棒材进行了室温力学性能和组织的分析研究。结果表明：Ti80合金棒材精锻时,随着变形量增加室温拉伸性强度逐渐增加,塑性变化不明显,而冲击韧性随着变形量的增加而显著下降;轧制棒材的冲击韧性比相近变形量的精锻棒材略高;室温拉伸性能对热处理温度不敏感,900℃及其以上热处理的几乎保持不变;热处理温度对冲击韧性影响较大,（940~980）℃×75 min/AC的综合力学性能较好。

化学液相气化沉积制备的炭/炭复合材料组织均匀性研究

采用化学液相气化沉积快速致密化工艺制备了C/C复合材料,分析了发热体尺寸和放置方式对材料组织均匀性的影响。通过排水法测量了材料轴向密度和孔隙率分布,采用偏光显微镜观察了材料的组织均匀性。结果表明,发热体尺寸越大,材料的组织均匀性增加,孔隙率降低,并能够缩短沉积时间;沉积过程中预制体内的温度分布是决定材料组织均匀性的主要因素。

冲击损伤对C/C复合材料烧蚀性能的影响

利用Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)装置,对炭化铪含量为2wt%的C/C复合材料进行了载荷峰值为137MPa的动态冲击损伤,采用氧乙炔烧蚀装置研究了冲击损伤对C/C复合材料烧蚀性能的影响,并结合扫描电镜讨论了冲击损伤对样品烧蚀机理的影响.研究结果表明:与未受冲击的C/C复合材料相比,冲击损伤后,复合材料的质量烧蚀率增加了40%,线烧蚀率增加了118%.

固溶处理对TC11钛合金棒材组织和性能的影响

通过场发射扫描电镜及拉伸性能测试,研究了TC11钛合金棒材3种固溶处理时间和2种固溶方式对显微组织及力学性能的影响。结果表明:TC11钛合金在经过3 h的固溶后,组织中局部的亚稳定β晶体位相发生偏转,β转变组织中的次生α相变的粗大,经过后续时效后的β转变基体发生更为充分的分解和析出,在片层的β边界出现连续的更细小的次生α相。由于固溶时间延长,发生了过固溶,析出的次生相逐渐细小,导致裂纹扩展阻力降低,引起屈服强度的降低,分开各1 h的固溶时效性能低于连续2 h的固溶时效性能。

显微组织对TA11钛合金棒材力学性能的影响

通过对TA11钛合金不同组织状态的棒材进行组织、性能检测分析,研究了初生α相含量和尺寸对TA11钛合金室温拉伸性能、热稳定性能、蠕变性能的影响。研究结果表明,初生α相含量对TA11钛合金的拉伸性能影响较小,但对合金的抗蠕变性能影响明显:初生α相含量在50%~90%范围内时,合金的室温拉伸性能、热稳定性能随初生α相含量的增加变化不明显,抗蠕变性能随初生α相含量的增加而提高;初生α相尺寸对TA11钛合金的拉伸性能、蠕变性能具有一定的影响,随着组织粗大程度的增加,拉伸强度降低,抗蠕变性能提高。

GH4169合金叶片挤杆工序模具磨损及寿命的数值模拟分析

挤杆工序是GH4169合金叶片热成形的首道工序,作为制坯工序,其不但要保证精确的尺寸形状,还要确保工件组织达到工艺要求。模具的工况严重地影响了工件的内在质量。基于Archard磨损理论,以凹模为研究对象,采用Deform-2D有限元软件对其磨损过程进行数值模拟,通过分析工件的模具温度、模具硬度、挤杆速度、摩擦系数、凹模圆角半径等工艺与模具参数对凹模磨损的影响,获得了相关因素对凹模磨损的影响规律;采用磨损量累计,按工艺要求以最大磨损量0.2 mm对凹模寿命进行预测。结果表明:采用有限元模拟挤杆过程,分析模具受力和磨损情况及其对工件质量的影响,进而优化模具设计和工艺参数,在提高工件质量的同时,延长了模具寿命,降低了生产成本。

新型钛合金TC8-1棒材显微组织及热处理工艺

针对适用于航空发动机压气机盘件而开发的TC8-1新型钛合金,分析锻制棒材的显微组织,测定β相变温度。合金适用双重退火热处理,根据组织中初生α相含量确定第一次退火温度,最终确定最佳热处理工艺参数。结果表明,TC8-1钛合金(α+β)/β相变温度约为1005℃,TC8-1锻制棒材为典型的双态组织,满足锻压要求;TC8-1合金最佳双重退火热处理工艺为:930℃×2 h,空冷+580℃×1 h,空冷。