偏轴载荷下连续SiC纤维增强钛基复合材料的拉伸行为研究

连续SiC纤维增强钛基(SiCf/Ti)复合材料是未来高性能动力装置的关键材料之一。针对SiCf/Ti复合材料中纤维与试样轴向载荷常存在一定偏轴角度的问题,通过室温拉伸、有限元模拟和断口表征研究了偏轴角度对SiCf/TC17复合材料力学性能和失效机理的影响。根据SiCf/TC17复合材料力学性能、断口形貌和应力分布可以定义一个临界偏轴角度,其数值约为1°。结果表明,随偏轴角度的增加,复合材料试样的抗拉强度下降,且当偏轴角度超过临界值时,抗拉强度下降速率增加。复合材料的失效机制与偏轴角度相关,当偏轴角度小于临界值时,试样断口由数个平坦的断面组成,纤维拔出和界面开裂程度都较低,纤维断面基本垂直于轴线,为典型的正应力断裂形貌;当偏轴角度大于临界值时,断口的起伏程度增加,纤维拔出和界面开裂现象都更加明显,部分纤维开始出现剪切断裂,表明拉剪耦合在断裂中起到重要作用。因此,对于SiCf/TC17复合材料轴向试样而言,应将纤维与试样整体的偏轴角度控制在临界值内,以获得有效的性能测试数据。

SiC纤维增强钛基复合材料界面强度研究进展

综述SiC纤维增强钛基复合材料界面强度的影响因素﹑微观实验测试技术以及数值模拟技术。在此基础上着重分析了微观实验测试技术与数值模拟技术存在的问题,指出了界面强度定量研究的发展方向。

SiC纤维增强钛基复合材料界面研究及构件研制

首先介绍了作者近年来在SiC纤维增强钛基复合材料界面反应机理、应力分布和界面调控方面的工作进展,然后介绍了作者在磁控溅射法和箔-纤维-箔法复合材料工艺及构件研制方面的研究工作。

SiC纤维增强钛基复合材料研究进展

概述了作者研究组近年来在SiC纤维增强钛基复合材料研究领域开展的工作及取得的进展。采用具有自主知识产权的SiC纤维,研究了PVD先驱丝制备方法和真空热压/热等静压复合材料成形工艺,获得700℃拉伸强度>1500MPa的SiCf/Ti-6Al-4V复合材料,分别制备出长度>400mm和直径>200mm的钛基复合材料棒材和环形件。此外,分别采用粉末布与粉浆涂挂先驱丝两种低成本方法制备出钛基复合材料,确定了新的胶粘剂并优化了相关工艺参数。

SiC纤维增强钛基复合材料的界面改性研究现状

针对SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应问题,综述了国内外涂层法界面改性的研究现状,主要包括各种单涂层法、双涂层或复合涂层法及其对复合材料界面和力学性能的影响,指出了其存在的问题或不足,并预测了今后的发展趋势。

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向高温变形机理研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiC_f/Ti)成形的技术难题,利用沿垂直纤维方向基体具有大变形的能力,可以采用超塑成形/扩散连接技术(SPF/DB)成形出复合材料空心构件。在不同工艺参数条件下,测试了SiC_f/Ti复合材料的横向高温变形规律,并分析了变形温度、应变速率、纤维含量等工艺参数的影响规律,对不同参数条件下拉伸试件的微观组织和断口形貌进行了对比,分析了复合材料的高温变形机制。

SiC纤维增强钛基复合材料空心结构成形研究

采用箔材刻槽法制备连续纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti)面板,通过分析不同复合工艺参数条件下的纤维/基体界面和基体微观组织,获得了优化的制备工艺:925℃/100 MPa/1 h.利用SiCf/Ti复合材料沿垂直纤维方向具有大变形的能力,将超塑成形/扩散连接技术(SPF/DB)与SiCf/Ti复合材料的复合技术相结合,经过热压复合、热成形、超塑成形3个工艺过程,制备了SiCf/Ti复合材料的空心结构,并对空心结构件进行了微观组织分析,验证了工艺的可行性.

碳涂层对SiC纤维增强钛基复合材料界面显微结构及性能的影响

研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳界面上,相邻纤维一侧产生的是TiC薄层,毗邻金属基体产生的是TiC和Ti5Si3晶粒组成的厚混合物,晶粒的大小从纤维到基体逐渐增大。涂炭和无涂碳复合材料的界面结合强度分别是(118.2±4.24),(230±6.28)MPa,证明碳涂层在纤维和基体之间提供了一个弱结合界面。涂碳纤维复合材料的界面结合发生在涂碳层和反应层之间,而无涂碳发生在纤维和反应层之间。

连续SiC纤维增强钛基复合材料高温变形研究

采用单轴拉伸的方法测试了Si C纤维增强钛基(Si Cf/Ti)复合材料横向高温变形的应力-应变关系,研究了温度、应变速率对应力-应变关系的影响规律,分析了复合材料的高温变形机制。研究表明,在应变速率为1.0×10-4~5.0×10-3s-1,温度为880~940℃条件下,延伸率为150%~200%。在高温变形过程中,复合材料主要的变形机制是纤维/基体界面剥离和基体的超塑性变形。

SiC纤维增强钛基复合材料界面反应机理

本文应用相图和扩散通道理论分析了 SiC/Ti 复合材料界面反应的过程及界面区微观形貌,SiC 纤维的表面状态直接影响着 SiC/Ti 界面反应的扩散通道。在 SiC 纤维表面涂覆 TiC,或涂覆碳基涂层使 Ti_3SiC_2层优先形成,能有效地控制界面反应,保护SiC 纤维,界面区中反应产物层的排列顺序不一定与扩散通道所示的相顺序一一对应。

连续SiC纤维增强钛基复合材料研制

钛基复合材料由于在中高温环境下具有很高的比强度、比模量以及良好的抗疲劳和抗蠕变特性,受到研究者的广泛关注。回顾了国内外该材料的发展历程,详细介绍了连续SiC纤维增强钛基复合材料的研制过程,包括SiC纤维制备、涂层制备、复合材料成型及构件制备等工艺过程。概述了研究团队近年来在连续SiC纤维增强钛基复合材料研究领域开展的工作及取得的进展,包括成功研制了高性能连续SiC纤维并实现小批量试制,设计了适用于不同增强基体合金的界面涂层,研究表明研制的C涂层可使复合材料经1100℃处理后界面涂层保存较好;实现了20~50μm性能优异的钛合金、铝合金、高温镍合金先驱丝的沉积;完成了Ф600mm×160mm尺寸的复合材料环形件及Ф50mm×300mm转动轴部件的试制。最后对该材料未来的发展趋势进行了展望。

SCS-6 SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

SCS-6 SiC纤维增强Super α2钛基复合材料界面反应较严重,其反应产物分布可达6层之多;SCS-6 SiC/Ti2AlNb及SCS-6 SiC/IMI834复合材料仅形成3-4层界面反应产物SCS-6 SiC/IMI834复合材料在界面处形成的S2硅化物可在一定温度下阻止反应的进一步进行,使复合材料具有很好的热稳定性.对界面反应热力学研究表明,Ti3Al+C→Ti3AlC反应导致了界面反应产物Ti3AlC的形成.

SiC纤维增强钛基复合材料的界面反应

采用真空热压工艺制备了界面结合良好的SiC纤维增强钛基复合材料,并对其界面和SiC纤维进行了透射电镜分析.结果表明,针状β-SiC晶粒沿纤维径向生长,呈辐射状分布;在复合材料的热压制备过程中,Si和C由SiC纤维向钛基体扩散,Ti则向SiC纤维扩散,形成了TiC和Ti5Si3等产物.

中科院金属所SiC纤维增强钛基复合材料环件完成考核验证

据中国科学院金属研究所网站7月12日报道，钛合金部复合材料课题组研制的全尺寸SiC纤维增强钛基复合材料环件已在浙江大学进行了地面强度验证试验，试验结果符合设计预期。

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向强度分析

连续SiC纤维增强钛基复合材料（SiCf／Ti）具有良好的综合性能，但其横向性能低于钛合金基体。为了准确地预测SiCf／Ti复合材料的横向强度，北京航空制造工程研究所赵冰等人提出一种基于界面脱粘强度的计算模型。采用SiCf／Ti复合材料十字拉伸试件来测试复合材料的纤维／基体界面脱粘强度，并分析了热处理时间对界面脱粘强度影响规律，以及不同纤维之间界面脱粘强度的差别。

SiC纤维增强钛基复合材料的界面研究

研究了两种纤维增强钛基复合材料(SCS-6/Ti-6Al-4V和SCS-6/TA6V)的界面.实验结果表明,两种复合材料中SiC纤维与基体合金均结合得较好,界面反应层较薄,其厚度分别为0.8和0.6μm.界面反应层随热处理时间的延长、热处理温度的升高而增厚.EDX分析结果表明,界面相中只含有Al,V,Si和Ti元素.

桥梁工程中的纤维增强树脂基复合材料应用进展

为满足恶劣环境条件下现代化桥梁工程高质量建造所需材料的力学性能、耐腐蚀性及耐疲劳性等要求,基于纤维增强树脂基复合材料的优异性能,从公路桥、观赏桥、梁式桥以及超大跨度悬索桥等不同工况要求下的桥梁建设出发,总结了纤维增强树脂基复合材料的发展与应用现状。指出纤维增强树脂基复合材料在桥梁工程应用中仍存在应力损失、受风力影响大及回收处理难等弊端,并提出了主要的解决思路。

纤维增强树脂基复合材料在船舶领域的应用综述

纤维增强树脂基复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)因其具有耐化学腐蚀和耐候性好等优异性能,其大面积使用能够实现船舶的高航速、低排放、远续航,进而成为现代造船的理想材料之一.文中主要从成型工艺、应用现状及其发展趋势三个方面对FRP在船舶领域的应用前景进行概述与分析.首先,基于对多类型船用FRP复杂制备工艺的概述,统计了最常用的船舶FRP性能参数及分析了各类型FRP的应用优势;然后,根据FRP在船舶上的不同应用场景,对其在船体制造的应用现状进行了详细概述.最后,依据现代船舶装备发展需求,从船舶制造技术发展方向、应用场景及结构化发展等方面对船舶FRP应用发展趋势进行了全面分析.

混掺固废磷石膏纤维增强水泥基复合材料强度特性与机制

采用流浆法成功制备了一种混掺磷石膏固废的纤维增强水泥复合材料。首先对固废磷石膏进行生石灰中和、去杂、烘焙改性处理激发其胶凝特性,再按质量比5∶4∶1比例与矿粉、钢砂混合,形成改性固废磷石膏混合料(Modified solid waste phosphogypsum mix,MWPM)作为辅助胶凝材料,取代部分水泥;采用固废磷石膏集料替代部分天然细集料,同时考虑掺入少量聚甲醛(POM)纤维及木制纸浆纤维,进行纤维增强水泥基复合材料的基准配合比设计研究,并结合XRD及SEM分析其强度及微观机制。结果表明:MWPM与磷石膏集料的掺量对固废纤维增强水泥板的密度、吸水率、导热系数等几乎没有影响;尽管前期强度随着MWPM掺量的增加而略微降低,但在掺量达到18wt%左右时仍能保持在4 MPa左右,且后期强度相比之下有部分增强;同时经过冻融实验后的冻融抗折强度比率不低于70%,满足非承重纤维增强水泥板规范需求;磷石膏集料对复合材料有微小的增强效应,掺量为20wt%时相对优化。基于上述研究,提出了混掺磷石膏固废纤维增强水泥基复合材料的基准配合比,可有效利用固废磷石膏155.39 kg/m^(3),减少水泥消耗78.58 kg/m^(3),降低CO_(2)排放27.60 kg/m^(3)。微观分析表明:二水磷石膏、钙矾石和水化硅酸钙凝胶相互填充结合,形成互穿三维空间结构,同时通过引入POM纤维和木质纸浆纤维,使基体、骨料与两种纤维形成了更紧密的整体结构,这种结构的形成可进一步提高试件的整体力学性能。混掺磷石膏固废纤维增强水泥复合材料兼具良好力学性能和固废利用率,可为非承重绿色保温材料的发展提供参考。

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料永久模板叠合RC单向板短期刚度计算方法

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)具有良好的受拉韧性和耐久性能,是永久模板的理想材料。首先探究了PVA纤维掺量对HFRCC工作性能和抗折强度的影响,随着PVA纤维掺量增加,HFRCC的工作性能显著减弱,抗折强度先增大再减小,最终选用含有1.5%钢纤维和0.25%PVA纤维的HFRCC来制作永久模板。随后对六个HFRCC永久模板叠合RC单向板和一个RC单向板进行了四点受弯试验,探究了HFRCC-RC界面处理方式和配筋率对叠合板受弯性能的影响。试验结果表明:抹平、等距凹槽和钢钉拉毛三种界面处理方式对叠合板受弯性能的影响可以忽略;HFRCC模板能够有效限制裂缝发展,减小裂缝宽度和间距,叠合板的开裂弯矩相比于普通混凝土板提高了20.1%~31.7%。分别采用刚度解析法和有效惯性矩法建立了HFRCC-RC叠合板短期刚度计算方法,两种方法均有较高的计算精度且离散性较小。