考虑微观界面的2D编织SiC/SiC复合材料宏-细-微多尺度渐进损伤失效分析

该文将微观界面组分纳入宏-细-微三个尺度的多尺度渐进损伤失效分析中。对细、微观单胞模型施加周期性边界条件获取放大因子并采用k-means聚类方法进行缩聚;通过缩聚的放大因子求解宏观模型对应的细、微观组分应力并进行损伤失效判定;计算宏观模型退化后的弹性参数用于后续计算;针对2D编织SiC/SiC复合材料开展了渐近损伤失效分析,并通过不同聚类数目下的计算结果对比证明了所采用聚类数目的正确性。研究结果表明:仿真所得材料强度极限与试验结果一致性较好;微观界面在多尺度分析中不可忽略,不考虑微观界面会导致材料性能大幅强化;采用该文方法可以近似表征2D编织SiC/SiC复合材料界面脱粘和纤维成簇拔出的失效行为。

二维C/SiC-ZrC复合材料的低速冲击损伤研究

通过二维C/SiC-ZrC复合材料的低速冲击、冲击后拉伸试验以及CT扫描方法,研究了不同冲击能量对材料冲击损伤特征及拉伸性能的影响。结果表明C/SiC-ZrC复合材料具有较高的冲击损伤容限,在15~24 J能量范围内的损伤状态主要表现为穿透损伤。随着冲击能量的增大,材料名义拉伸强度的下降趋于平缓,最大降幅约为25%。冲击主要造成冲击区域附近的复合材料发生分层和纤维断裂损伤,冲击区域以外未发生明显的损伤和破坏。

高温热处理对国产二代SiC纤维性能影响

SiC纤维具有良好的耐高温抗氧化特性,是陶瓷基复合材料的关键原材料之一。在高温陶瓷基复合材料制备过程及实际服役过程中,均需对SiC纤维进行高温热处理。为了获得SiC纤维在高温工艺过程及高温服役过程中的性能变化规律,通过对SiC纤维进行高温氩气和空气环境热处理,研究了热处理对SiC纤维拉伸性能及微观形貌等的影响,并对支撑纤维的工艺性能和使用性能进行了分析。将国产二代SiC纤维分别置于1000℃的氩气环境和空气环境热处理30 h,并采用纤维电子强力仪测试了纤维的拉伸性能;使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)及拉曼光谱等分析手段,分析了SiC纤维的微观结构及化学成分的演变情况;探讨了SiC纤维高温氧化过程、纤维表面变化与力学性能衰退之间的关系。研究结果表明:国产二代SiC纤维在1000℃氩气环境热处理30 h后,其性能基本不变化,纤维内部SiC微晶结晶度提高有利于性能提升;而1000℃空气环境热处理30 h使得SiC纤维表面氧化出现SiO_(2)层及孔洞,初始光滑的纤维表面变粗糙,导致SiC纤维拉伸强度显著降低约26%。

SiZr液相烧结法制备SiC-ZrC涂层对C/SiC复合材料抗氧化性能的影响

使用Si-25%Zr(质量分数)合金通过液相烧结法在C/SiC复合材料表面制备了SiC-ZrC抗氧化涂层,研究了烧结过程中涂层的相结构演化,并测试了1400℃及空气气氛下材料的抗氧化性能,分析了涂层氧化前后显微结构的变化,以及氧化对C/SiC复合材料弯曲性能的影响。结果表明,Zr元素在涂层中以ZrC相的形式存在,ZrC颗粒的引入细化了反应SiC层的组织,在氧化过程中形成致密连续的SiO2薄膜,并在氧化500 s后试样出现增重,制备了SiC-ZrC抗氧化涂层的C/SiC样品在1000 s的氧化实验后弯曲强度下降低于5%。