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Multi-scale Modeling and Finite Element Analyses of Thermal Conductivity of 3D C/SiC Composites Fabricating by Flexible-Oriented Woven Process
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作者 Zheng Sun Zhongde Shan +5 位作者 Hao Huang Dong Wang Wang Wang Jiale Liu Chenchen Tan Chaozhong Chen 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期275-288,共14页
Thermal conductivity is one of the most significant criterion of three-dimensional carbon fiber-reinforced SiC matrix composites(3D C/SiC).Represent volume element(RVE)models of microscale,void/matrix and mesoscale pr... Thermal conductivity is one of the most significant criterion of three-dimensional carbon fiber-reinforced SiC matrix composites(3D C/SiC).Represent volume element(RVE)models of microscale,void/matrix and mesoscale proposed in this work are used to simulate the thermal conductivity behaviors of the 3D C/SiC composites.An entirely new process is introduced to weave the preform with three-dimensional orthogonal architecture.The 3D steady-state analysis step is created for assessing the thermal conductivity behaviors of the composites by applying periodic temperature boundary conditions.Three RVE models of cuboid,hexagonal and fiber random distribution are respectively developed to comparatively study the influence of fiber package pattern on the thermal conductivities at the microscale.Besides,the effect of void morphology on the thermal conductivity of the matrix is analyzed by the void/matrix models.The prediction results at the mesoscale correspond closely to the experimental values.The effect of the porosities and fiber volume fractions on the thermal conductivities is also taken into consideration.The multi-scale models mentioned in this paper can be used to predict the thermal conductivity behaviors of other composites with complex structures. 展开更多
关键词 3D C/sic composites finite element analyses Multi-scale modeling Thermal conductivity
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Tensile Mechanical Behavior and Failure Mechanism of a Plain-Woven SiCf/SiC Composites at Room and Elevated Temperatures
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作者 Jianze He Xuefeng Teng +3 位作者 Xiao’an Hu Xiao Luo Qi Zeng Xueqiang Cao 《Journal of Materials Science and Chemical Engineering》 2024年第4期67-83,共17页
Ceramic matrix composites (CMCs) are the preferred materials for solving advanced aerospace high-temperature structural components;it has the comprehensive advantages of higher temperature (~1500˚C) and low density. I... Ceramic matrix composites (CMCs) are the preferred materials for solving advanced aerospace high-temperature structural components;it has the comprehensive advantages of higher temperature (~1500˚C) and low density. In service environments, CMCs exhibit complex damage mechanisms and failure modes, which are affected by constituent materials, meso-architecture and inhere defects. In this paper, the in-plane tensile mechanical behavior of a plain-woven SiCf/SiC composite at room and elevated temperatures was investigated, and the factors affecting the tensile strength of the material were discussed in depth. The results show that the tensile modulus and strength of SiCf/SiC composites at high temperature are lower, but the fracture strain increases and the toughness of the composites is enhanced;the stitching holes significantly weaken the tensile strength of the material, resulting in the material is easy to break at the cross-section with stitching holes. 展开更多
关键词 Plain-Woven sicf/sic composites Damage and failure Analysis Stitching Hole
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SiC_(f)/Ti65复合材料的拉伸行为研究
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作者 孟凡玲 刘范凯 +1 位作者 杨丽娜 王玉敏 《热加工工艺》 北大核心 2024年第12期34-40,共7页
采用磁控溅射先驱丝法结合热等静压工艺制备SiC_(f)/Ti65复合材料,研究了SiC_(f)/Ti65复合材料室温、高温拉伸行为,揭示了SiC_(f)/Ti65复合材料拉伸断裂机制。研究结果表明:SiC_(f)/Ti65复合材料的室温、高温抗拉强度相比于Ti65合金的... 采用磁控溅射先驱丝法结合热等静压工艺制备SiC_(f)/Ti65复合材料,研究了SiC_(f)/Ti65复合材料室温、高温拉伸行为,揭示了SiC_(f)/Ti65复合材料拉伸断裂机制。研究结果表明:SiC_(f)/Ti65复合材料的室温、高温抗拉强度相比于Ti65合金的抗拉强度分别提升29%和164%,验证了复合材料的增强效果。SiC_(f)/Ti65复合材料的室温拉伸断裂机制为反应层断裂、纤维/基体界面脱粘、基体脆性断裂、纤维断裂、包套韧性断裂;高温断裂机制为反应层断裂、纤维/基体界面脱粘、纤维断裂、W/SiC界面脱粘、基体和包套韧性断裂。 展开更多
关键词 复合材料 拉伸性能 sic纤维 断裂机制
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Ti预处理的SiC_(f)/SiC与镍基高温合金复合铸件的界面组织与强度
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作者 林国标 朱付虎 赵斯文 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期164-171,共8页
由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_... 由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_(f)/SiC与K403镍基高温合金的一体化成形和界面的牢固结合。结果表明:Ti预处理层平均厚度为17μm左右,Ti向SiC_(f)/SiC渗透、扩散和反应,形成含TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3Cx,SiC相的显微组织;经过与高温镍基金属液复合铸造后,预处理层演变成厚约120μm的界面反应层,其典型界面组织为Ni2Si+C+Al4C3+MC(M主要含Ti及少量的Cr,Mo,W)。预处理层的存在减轻Ni与SiC的有害石墨化反应,缓解高温金属液对SiC_(f)/SiC的热冲击,形成的界面反应层降低热膨胀系数失配造成的热应力,使得SiC_(f)/SiC与K403一体化铸件结合界面的室温剪切强度达到63.5 MPa。 展开更多
关键词 sic_(f)/sic K403 镍基高温合金 一体化铸造 复合铸造 Ti预处理层
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Electromagnetic wave absorption and mechanical properties of SiC nanowire/low-melting-point glass composites sintered at 580°C in air 被引量:1
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作者 Ranran Shi Wei Lin +5 位作者 Zheng Liu Junna Xu Jianlei Kuang Wenxiu Liu Qi Wang Wenbin Cao 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期1809-1815,共7页
Si C nanowires are excellent high-temperature electromagnetic wave (EMW) absorbing materials. However, their polymer matrix composites are difficult to work at temperatures above 300℃, while their ceramic matrix comp... Si C nanowires are excellent high-temperature electromagnetic wave (EMW) absorbing materials. However, their polymer matrix composites are difficult to work at temperatures above 300℃, while their ceramic matrix composites must be prepared above 1000℃ in an inert atmosphere. Thus, for addressing the abovementioned problems, SiC/low-melting-point glass composites were well designed and prepared at 580℃ in an air atmosphere. Based on the X-ray diffraction results, SiC nanowires were not oxidized during air atmosphere sintering because of the low sintering temperature. Additionally, SiC nanowires were uniformly distributed in the glass matrix material. The composites exhibited good mechanical and EMW absorption properties. As the filling ratio of SiC nanowires increased from 5wt%to 20wt%, the Vickers hardness and flexural strength of the composite reached HV 564 and 213 MPa, which were improved by 27.7%and 72.8%, respectively, compared with the low-melting-point glass. Meanwhile, the dielectric loss and EMW absorption ability of SiC nanowires at 8.2–12.4 GHz were also gradually improved. The dielectric loss ability of low-melting-point glass was close to 0. However, when the filling ratio of SiC nanowires was 20wt%, the composite showed a minimum reflection loss (RL) of-20.2 dB and an effective absorption (RL≤-10 dB) bandwidth of2.3 GHz at an absorber layer thickness of 2.3 mm. The synergistic effect of polarization loss and conductivity loss in SiC nanowires was responsible for this improvement. 展开更多
关键词 sic nanowires glass composite flexural strength dielectric properties microwave absorption
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Effect of PyC Interface Thickness on the Heat-stability of Cansas-ⅡSiC_(f)/SiC Composites 被引量:1
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作者 韩笑 于国强 +4 位作者 张盛 SHI Jian GAO Xiguang SONG Yingdong WANG Fang 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期725-734,共10页
The effect of the pyrolytic carbon(PyC)interface thickness on the heat-stability of CansasⅡSiC_(f)/SiC composites under Ar up to 1500℃was studied in detail.After the heat treatment at 1500℃for 50 h,the interface bo... The effect of the pyrolytic carbon(PyC)interface thickness on the heat-stability of CansasⅡSiC_(f)/SiC composites under Ar up to 1500℃was studied in detail.After the heat treatment at 1500℃for 50 h,the interface bonding strength of the thin interface(about 200 nm)decreases from 74.4 to 20.1 MPa(73.0%),while that of the thick interface(about 2μm)declines from 7.3 to 3.2 MPa(52.7%).At the same time,the decline fraction of strength of the composites with the thin interface is 12.1%,less than that with the thick interface(42.0%).The fiber strength also decreases after heat treatment,which may be due to the significant growth ofβ-SiC grains and critical defects.The different heat-stability of the interface with the thin and thick thickness might be related to the inconsistency of the degree of the graphitization of PyC.Compared with the composites with the thick interface,the composites with the thin interface remained higher tensile strength after heat treatment due to the better interface bonding strength.The interface with strong bonding strength could protect the fiber by postponing the decomposition of amorphous phases SiC_(x)O_(y) and hindering the generation of fiber defects. 展开更多
关键词 sic_(f)/sic mini-composites heat-stability interface thickness mechanical properties microstructure
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Damping performance of SiC nanoparticles reinforced magnesium matrix composites processed by cyclic extrusion and compression
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作者 Mahmoud Ebrahimi Li Zhang +2 位作者 Qudong Wang Hao Zhou Wenzhen Li 《Journal of Magnesium and Alloys》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期1608-1617,共10页
This work dealt with the damping performance and its underlying mechanism in SiC nanoparticles reinforced AZ91D composite(SiC_(np)/AZ91D)processed by cyclic extrusion and compression(CEC).It was found that the CEC pro... This work dealt with the damping performance and its underlying mechanism in SiC nanoparticles reinforced AZ91D composite(SiC_(np)/AZ91D)processed by cyclic extrusion and compression(CEC).It was found that the CEC process significantly affects the damping performance of the composite due to alterations in the density of dislocations and grain boundaries in the matrix alloy.Although there would be dynamic precipitation of the Mg17Al12 phase during processing which increases the phase interface and limits the mobility of dislocations and grain boundaries.The results also showed that the damping capacity of 1%SiC_(np)/AZ91D composite continuously decreases with adding CEC pass number and it consistently increases with rising the applied temperature.Considering the first derivative of the tanδ-T curve,the dominant damping mechanism based on test temperature can be divided into three regions.These three regions are as follows(i)dislocation vibration of the weak pinning points(≤T_(cr)),(ii)dislocation vibration of the strong pinning points(T_(cr)∼T_(V)),and(iii)grain boundary/interface sliding(≥T_(V)) 展开更多
关键词 Metal matrix composite sic nanoparticles Severe plastic deformation Temperature-dependent damping curves Damping mechanism
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Effects of Co_(2)O_(3)Addition on Microstructure and Properties of SiC Composite Ceramics for Solar Absorber and Storage
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作者 ZHOU Yang WU Jianfeng +3 位作者 TIAN Kezhong XU Xiaohong MA Sitong LIU Shaoheng 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期1269-1277,共9页
SiC composite ceramics for solar absorber and storage integration are new concentrating solar power materials.SiC composite ceramics for solar absorber and storage integration were fabricated using SiC,black corundum ... SiC composite ceramics for solar absorber and storage integration are new concentrating solar power materials.SiC composite ceramics for solar absorber and storage integration were fabricated using SiC,black corundum and kaolin as the raw materials,Co_(2)O_(3)as the additive via pressureless graphite-buried sintering method in this study.Influences of Co_(2)O_(3)on the microstructure and properties of SiC composite ceramics for solar absorber and storage integration were studied.The results indicate that sample D2(5wt%Co_(2)O_(3))sintered at 1480℃exhibits optimal performances for 119.91 MPa bending strength,93%solar absorption,981.5 kJ/kg(25-800℃)thermal storage density.The weight gain ratio is 12.58 mg/cm2after 100 h oxidation at 1000℃.The Co_(2)O_(3)can decrease the liquid phase formation temperature and reduce the viscosity of liquid phase during sintering.The liquid with low viscosity not only promotes the elimination of pores to achieve densification,but also increases bending strength,solar absorption,thermal storage density and oxidation resistance.A dense SiO_(2) layer was formed on the surface of SiC after 100 h oxidation at 1000℃,which protects the sample from further oxidation.However,excessive Co_(2)O_(3)will make the microstructure loose,which is disadvantageous to the performances of samples. 展开更多
关键词 sic composite ceramics Co_(2)O_(3) microstructure solar absorption thermal storage density
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国产三代2.5D SiC_(f)/SiC复合材料的界面力学性能
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作者 管皞阳 张立 +5 位作者 荆开开 师维刚 王晶 李玫 刘永胜 张程煜 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期259-266,I0001,共9页
连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC_(f)/SiC)是下一代航空发动机的关键结构材料,其界面性能是决定材料力学性能的重要因素之一。为此,本研究表征了国产三代2.5D SiC_(f)/SiC的界面性能,并探究其与材料拉伸性能的关系。利用拉伸加/... 连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC_(f)/SiC)是下一代航空发动机的关键结构材料,其界面性能是决定材料力学性能的重要因素之一。为此,本研究表征了国产三代2.5D SiC_(f)/SiC的界面性能,并探究其与材料拉伸性能的关系。利用拉伸加/卸载过程中的迟滞特性定量分析了2.5D SiC_(f)/SiC中各组元残余应力和界面滑动应力(IFSS),根据断口拔出纤维的断裂镜面半径得到了纤维就位强度(σ_(fu))的统计分布,通过纤维推入法得到界面剪切强度(ISS)和界面脱黏能(G_(i))。结果表明:利用宏观结合细观的方法能够较全面地描述SiC_(f)/SiC从初始裂纹萌生到最终脱黏不同阶段的界面力学性能,2.5D SiC_(f)/SiC的IFSS、ISS和Gi分别为56 MPa、(28±5)MPa和(2.7±0.6)J/m2。ISS和Gi较低,表明界面结合较弱,在剪应力作用下易产生裂纹,而IFSS较大,表明界面脱黏后纤维与基体间相对滑动较为困难,阻碍了纤维拔出,不利于发挥纤维的增强作用。根据获得的界面性能和经典ACK模型,较好地预测出比例极限应力,并结合σ_(fu)预测了2.5D SiC_(f)/SiC的拉伸强度。拉伸强度预测值高于实验值,这与界面处径向残余压应力以及纤维承受的残余拉应力有关。 展开更多
关键词 2.5D sic_(f)/sic 拉伸加/卸载 纤维推入 界面剪切强度 界面脱黏能 界面滑动应力
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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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SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料高温环境损伤原位监测研究进展
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作者 吴晓晨 郑瑞晓 +3 位作者 李露 马浩林 赵培航 马朝利 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期609-622,共14页
连续SiC纤维增强SiC(SiC_(f)/SiC)复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐辐照等优点,在先进航空发动机热端部件和核反应堆包壳等领域具有广阔的应用前景。SiC_(f)/SiC复合材料具有纤维、界面、基体等复杂的多尺度结构,其服役环境... 连续SiC纤维增强SiC(SiC_(f)/SiC)复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐辐照等优点,在先进航空发动机热端部件和核反应堆包壳等领域具有广阔的应用前景。SiC_(f)/SiC复合材料具有纤维、界面、基体等复杂的多尺度结构,其服役环境苛刻、损伤失效过程复杂,深刻理解与准确分析其在近服役环境下损伤失效模式对于材料和构件的可靠服役具有重要意义。传统的“事后分析”方法无法获取材料在复杂服役环境下的损伤失效过程数据,因此迫切需要发展面向高温服役环境的复合材料原位表征测试技术。本文介绍了基于扫描电子显微镜、数字图像相关、显微计算机断层扫描、声发射、电阻等原位监测方法的基本原理、优势与局限性,重点讨论了以上各种原位监测方法及多种原位监测方法联用在SiC_(f)/SiC复合材料高温环境力学表征中的最新研究进展。最后,总结了SiC_(f)/SiC复合材料高温环境原位监测技术存在的挑战,并对多种原位技术联用、太赫兹辐射等新型检测技术、复杂构件的损伤原位监测方法等未来发展方向进行了初步展望。 展开更多
关键词 sic_(f)/sic复合材料 原位监测 数字图像相关 声发射 显微计算机断层扫描 综述
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浆料浸渍辅助PIP工艺制备C/HfC-SiC复合材料的微观结构及性能研究
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作者 粟毅 史扬帆 +4 位作者 贾成兰 迟蓬涛 高扬 马青松 陈思安 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期726-732,共7页
针对高速飞行器对于防热/承载一体化超高温陶瓷基复合材料的迫切需求,以及现有反应型HfC先驱体存在的成本高、效率低和致密效果差等不足,本研究将HfC亚微米粉体配制成稳定的陶瓷浆料,利用浆料加压浸渍辅助先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了... 针对高速飞行器对于防热/承载一体化超高温陶瓷基复合材料的迫切需求,以及现有反应型HfC先驱体存在的成本高、效率低和致密效果差等不足,本研究将HfC亚微米粉体配制成稳定的陶瓷浆料,利用浆料加压浸渍辅助先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了HfC基体均匀分布的C/HfC-SiC复合材料,探讨了HfC含量对于复合材料微观结构、力学与烧蚀性能的影响。结果表明,当HfC实际体积分数为13.1%~20.3%时,复合材料密度为2.20~2.58 g·cm^(-3),开孔率约为5%。通过单层碳布加压浸渍陶瓷浆料,HfC颗粒能够分散到纤维束内部,且在复合材料中分布比较均匀。提高HfC含量会降低复合材料纤维含量,其力学性能也呈现出降低趋势。当HfC体积分数为20.3%时,复合材料的密度、拉伸强度和断裂韧性分别为2.58 g·cm^(-3)、147 MPa和9.3 MPa·m^(1/2);经氧乙炔焰烧蚀60 s后,复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.0062 mm/s和0.005 g/s,烧蚀过程中形成的熔融相Hf_(x)Si_(y)O_(z)能覆盖在材料表面,起到良好的保护作用。 展开更多
关键词 C/HfC-sic复合材料 浆料浸渍 力学性能 抗烧蚀性能
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高温燃气环境下SiCf/SiC和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料力学性能及损伤
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作者 王子媛 曹鑫鑫 +3 位作者 蒋婷 洪智亮 张程煜 朱旺 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期46-56,共11页
航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境,将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃,形成高温... 航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC)因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境,将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃,形成高温高速燃烧气体对材料进行考核。对SiC_(f)/SiC复合材料分别进行1200℃燃气环境10 h氧化实验和1000次热冲击实验,探究环境屏障涂层(environmental barrier coating,EBC)对SiC_(f)/SiC复合材料的防护作用。对燃气环境考核后的SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料进行单轴拉伸强度测试,并利用扫描电镜对其断口及截面微观形貌进行观察。结果表明:在燃气环境下氧化10 h后,SiC_(f)/SiC复合材料和SiC_(f)/SiC-EBC复合材料内部没有发生明显的界面层及纤维氧化,单轴拉伸强度下降不到2%;在燃气环境下经过1000次热冲击后,在SiC_(f)/SiC复合材料内部形成多处微裂纹并发生了界面层的氧化腐蚀,单轴拉伸强度下降41.3%;EBC涂层可以有效保护SiC_(f)/SiC复合材料免受高温燃气的氧化腐蚀,SiC_(f)/SiC-EBC复合材料在经过1000次热冲击后的单轴拉伸强度下降16.6%。 展开更多
关键词 航空发动机 sic_(f)/sic复合材料 环境屏障涂层 高温燃气 剩余强度
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基于单颗金刚石划擦的单向C_(f)/SiC复合材料去除机理
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作者 温家宙 王庆霞 +1 位作者 余爱武 吴重军 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2024年第3期327-334,共8页
为研究单向C_(f)/SiC复合材料划擦去除机理,采用单颗金刚石磨粒开展准静态划擦试验,分析不同压痕载荷下划擦材料的声发射信号变化,结合SEM形貌分析材料的去除行为和划擦去除机理。试验结果表明:声发射信号强度随着压痕载荷增加而增强,... 为研究单向C_(f)/SiC复合材料划擦去除机理,采用单颗金刚石磨粒开展准静态划擦试验,分析不同压痕载荷下划擦材料的声发射信号变化,结合SEM形貌分析材料的去除行为和划擦去除机理。试验结果表明:声发射信号强度随着压痕载荷增加而增强,相同参数下SB方向信号值更大,信号波动更剧烈。结合声发射信号与SEM形貌分析,得出材料在不同方向的划擦去除行为,材料以脆性去除为主,SA方向纤维以拉伸断裂和纤维拔出为主,SB方向纤维主要断裂方式为弯曲断裂和剪切断裂。根据SEM形貌分析,阐述去除行为的形成过程,即解释材料划擦去除机理。 展开更多
关键词 单向C_(f)/sic复合材料 单颗磨粒划擦试验 声发射信号 材料去除机理
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连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究
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作者 沙兆洋 陈国清 +2 位作者 黄浩 王敏涓 周文龙 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期153-160,共8页
采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa... 采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa;纤维偏轴角度再增大时(>2°),材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1870 MPa降至1797 MPa。纤维偏轴角度较小时(≤2°),平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时(>2°),部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiCf/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时(≤2°),裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时(>2°),“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。 展开更多
关键词 钛基复合材料 sic纤维 TC17 拉伸性能 断裂过程 偏轴拉伸
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SiC纤维预制体结构对SiC_(f)/BN/SiC复合材料致密化和力学性能的影响
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作者 王梦千 贾林涛 +1 位作者 李爱军 彭雨晴 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第5期58-65,共8页
为了研究碳化硅(SiC)纤维预制体的结构对SiC基体的化学气相渗透(CVI)工艺致密化过程的影响,利用模拟计算方法分析了2D叠层、2.5D和3D正交三种编织结构SiC预制体在SiC致密化过程中的孔隙结构演变规律,并采用三氯化硼-氨气-氢气-氮气(BCl_... 为了研究碳化硅(SiC)纤维预制体的结构对SiC基体的化学气相渗透(CVI)工艺致密化过程的影响,利用模拟计算方法分析了2D叠层、2.5D和3D正交三种编织结构SiC预制体在SiC致密化过程中的孔隙结构演变规律,并采用三氯化硼-氨气-氢气-氮气(BCl_(3)-NH_(3)-H_(2)-N_(2))混合气体和三氯甲基硅烷-氢气-氮气(MTS-H_(2)-N_(2))混合气体作为前驱体,利用CVI致密化工艺制备出三种预制体结构的SiC_(f)/BN/SiC复合材料。结果表明,SiC纤维预制体结构不同,SiC_(f)/BN/SiC复合材料的致密化效率不同,其中2.5D纤维预制体的致密化速率最快,3D正交预制体的致密化速率最慢。致密化120 h后,三种预制体结构的复合材料密度均达到2.3 g/cm~3以上,开孔率为10%左右。三种结构的SiC_(f)/BN/SiC复合材料拉伸强度为130~170 MPa。在层间剪切过程中,2D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料与2.5D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料样品都出现了XY面的纤维剥离现象,而3D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料样品发生了正交Z向纤维的断裂。由此可知,SiC纤维预制体结构影响了所形成复合材料的致密化过程和力学性能。 展开更多
关键词 sic纤维 预制体结构 sic基体 CVI 致密化 复合材料 力学性能
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预制体结构对SiC_(f)/SiC复合材料力学和热性能的影响
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作者 王徐辉 吴宗绪 +2 位作者 陈招科 伍艳 熊翔 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期101-113,共13页
本文采用化学气相渗透法制备了具有二维多层、三维角联锁机织和多轴三维编织三种预制体结构的SiC_(f)/SiC复合材料。在综合分析纤维排列、SiC基体和孔隙分布的基础上,详细讨论了预制体结构对SiC_(f)/SiC复合材料力学性能和热性能的影响... 本文采用化学气相渗透法制备了具有二维多层、三维角联锁机织和多轴三维编织三种预制体结构的SiC_(f)/SiC复合材料。在综合分析纤维排列、SiC基体和孔隙分布的基础上,详细讨论了预制体结构对SiC_(f)/SiC复合材料力学性能和热性能的影响。结果表明,复合材料的力学性能和热导率受纤维排列方式和复合材料密度的综合影响,而热膨胀系数主要受纤维排列方式的影响。此外,二维多层复合材料、三维角联锁机织复合材料和多轴三维编织复合材料的热导率可以分别用串联模型和平行模型来解释。多轴三维编织复合材料由于内部具有连续的可以作为热流快速通道的三维网状SiC基体层,因此具有较高的室温热导率。而随着温度的升高,SiC声子间的散射逐渐增强,SiC基体层在多轴三维编织复合材料中作为声子传播快速通道的作用逐渐减弱,热导率随温度降低的趋势更明显。 展开更多
关键词 预制体结构 抗弯强度 热导率 热膨胀系数 sic_(f)/sic复合材料
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单颗金刚石磨粒划擦2D SiC_(f)/SiC复合材料实验
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作者 王优哲 刘瑶 +2 位作者 周扬 李家豪 黎瀚森 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2024年第3期335-345,共11页
为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石... 为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验,测量其划擦力和划痕深度,并观察划痕表面形貌。结果表明:在WS0(纤维编织表面的0°方向)上SiC_(f)/SiC材料的去除方式主要为纵向纤维(纤维轴向与进给速度方向一致)的剪切、拉伸、弯曲断裂和横向纤维(纤维轴向与进给速度方向垂直)的剪切、弯曲断裂;在WS45(纤维编织表面的45°方向)上主要为纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂;在SS0(纤维叠加表面的0°方向)上主要为法向纤维(纤维轴向垂直于划擦表面)的延性去除、剪切、弯曲断裂,纵向纤维的剪切、拉伸、弯曲断裂;在SS90(纤维叠加表面的90°方向)上主要为法向纤维的延性去除、剪切、弯曲断裂和横向纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂。由于SiC纤维的各向异性,不同方向、不同断裂形式有不同的力学性能,剪切断裂所需要的力最小,拉伸断裂所需要的力最大。在相同划擦深度下,因WS0、WS45、SS0、SS90方向上断裂形式的不同和剪切、弯曲、拉伸断裂所占的比例不同,其划擦力大小依次为FSS0>FWS45>FSS90>FWS0。且磨粒切入复合材料后随着裂纹的扩展和相互贯通,SiC基体会一起被剥离去除,部分基体受到挤压去除后再次被磨粒划擦去除形成延性划痕。2D SiC_(f)/SiC复合材料切削时宜选择WS0方向,而尽量避开SS0方向。 展开更多
关键词 单颗金刚石磨粒划擦 sic_(f)/sic复合材料 纤维取向 划擦力 表面形貌
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SiC/SiC_(f)复合材料包壳管在高温高压水中的应力腐蚀开裂行为
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作者 汪峰 肖嘉 《腐蚀与防护》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期75-80,共6页
针对SiC/SiC_(f)复合材料包壳管,采用三点弯加载方法,在模拟压水堆一回路水化学工况的高温高压水中开展了应力腐蚀开裂(SCC)试验,通过腐蚀形貌分析了该材料的抗SCC能力。结果表明:在三点弯加载和高温高压水环境的作用下,该复合材料包壳... 针对SiC/SiC_(f)复合材料包壳管,采用三点弯加载方法,在模拟压水堆一回路水化学工况的高温高压水中开展了应力腐蚀开裂(SCC)试验,通过腐蚀形貌分析了该材料的抗SCC能力。结果表明:在三点弯加载和高温高压水环境的作用下,该复合材料包壳管外涂层发生氧化及腐蚀溶解,部分区域出现裂纹扩展和涂层剥落现象,而涂层剥落又进一步加剧了外涂层的腐蚀溶解,导致外涂层过早失效和SiC纤维层暴露;在应力和水化学环境的耦合作用下,中间层SiC纤维出现腐蚀溶解和裂纹扩展现象,SiC纤维层表面的裂纹扩展没有明显的取向性,交叉裂纹的不断产生最终导致纤维层的断裂和整体失效。在涂层表面的孔隙缺陷处易产生应力集中,从而成为裂纹萌生位置,需优化涂层制备工艺。 展开更多
关键词 sic/sic_(f)复合材料 包壳管 高温高压水 应力腐蚀开裂(SCC)
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SiC/SiC_(f)复合材料包壳管在高温高压水中的腐蚀行为
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作者 汪峰 肖嘉 《腐蚀与防护》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期26-31,共6页
采用循环高温高压水腐蚀系统模拟压水堆一回路水化学工况对SiC/SiC_(f)复合材料包壳管进行腐蚀试验。通过腐蚀后质量损失和微观形貌分析了SiC/SiC_(f)复合材料包壳管的腐蚀行为。结果表明:腐蚀过程中SiC/SiC_(f)复合材料包壳管依次经历... 采用循环高温高压水腐蚀系统模拟压水堆一回路水化学工况对SiC/SiC_(f)复合材料包壳管进行腐蚀试验。通过腐蚀后质量损失和微观形貌分析了SiC/SiC_(f)复合材料包壳管的腐蚀行为。结果表明:腐蚀过程中SiC/SiC_(f)复合材料包壳管依次经历了质量增加、质量加速损失、质量稳定损失和质量损失趋缓等阶段;在腐蚀初期的质量增加阶段,富硅的氧化物薄膜覆盖在胞状晶表面从而减缓了包壳管腐蚀溶解;在质量加速损失阶段,腐蚀溶解以及氧化物脱落导致包壳管加速腐蚀;在质量稳定损失阶段,表面腐蚀溶解和氧化物的生成起到了互相平衡作用;在质量损失趋缓阶段,试样表面出现的密集氧化物,显著缓解了腐蚀溶解,使腐蚀后质量损失速率降低。 展开更多
关键词 sic/sic_(f)复合材料包壳管 高温高压水 腐蚀
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