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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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Damping performance of SiC nanoparticles reinforced magnesium matrix composites processed by cyclic extrusion and compression 被引量:1
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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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SiC/SiC复合材料层板低速冲击及其剩余强度试验研究
4
作者 吴军 徐培飞 +2 位作者 荆瑞 张大海 费庆国 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期51-60,共10页
高速飞行器中的陶瓷基复合材料结构在服役过程中不可避免地会遇到低速冲击问题,低速冲击后的损伤形式以及剩余承载能力是影响飞行器结构安全的关键问题。本研究以二维编织SiC/SiC复合材料板件为研究对象,在不同能量下开展了低速冲击试验... 高速飞行器中的陶瓷基复合材料结构在服役过程中不可避免地会遇到低速冲击问题,低速冲击后的损伤形式以及剩余承载能力是影响飞行器结构安全的关键问题。本研究以二维编织SiC/SiC复合材料板件为研究对象,在不同能量下开展了低速冲击试验,分析了低速冲击载荷下试验件的表面损伤状态,通过计算机断层扫描技术观察了试验件内部的损伤形貌,结合冲击过程中的冲击响应曲线以及应变历史曲线,分析了SiC/SiC复合材料低速冲击过程的损伤机理。针对含勉强目视可见损伤的试验件开展了冲击后剩余强度试验,研究了勉强目视可见损伤对SiC/SiC复合材料剩余承载性能的影响。结果表明,在低速冲击载荷的作用下,试验件的表面损伤主要包括无表面损伤、勉强目视可见损伤、半穿透损伤以及穿透损伤,试验件的内部损伤主要有锥形体裂纹、纱线断裂以及分层损伤。低速冲击损伤会严重影响SiC/SiC复合材料的剩余性能,虽然试验件损伤勉强目视可见,但其剩余压缩强度为无损件81%,剩余拉伸强度仅为无损件的68%。 展开更多
关键词 sic/sic 陶瓷基复合材料 低速冲击 损伤特性 剩余强度
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SiC_(f)/Ti65复合材料的拉伸行为研究
5
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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Microstructure and interface thermal stability of C/Mo double-coated SiC fiber reinforced γ-TiAl matrix composites 被引量:5
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作者 罗贤 李超 +4 位作者 杨延清 许海嫚 李晓宇 刘帅 李鹏涛 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第5期1317-1325,共9页
C/Mo duplex coating interfacially modified SiC fiber-reinforced γ-TiAl matrix composite (SiCf/C/Mo/γ-TiA1) was prepared by foil-fiber-foil method to investigate its interfacial modification effect. SiCf/C/TiAl com... C/Mo duplex coating interfacially modified SiC fiber-reinforced γ-TiAl matrix composite (SiCf/C/Mo/γ-TiA1) was prepared by foil-fiber-foil method to investigate its interfacial modification effect. SiCf/C/TiAl composites were also prepared under the same processing condition for comparision. Both kinds of the composites were thermally exposed in vacuum at 800 and 900℃ for different durations in order to study thermal stability of the interfacial zone. With the aids of scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS), the interracial microstructures of the composites were investigated. The results reveal that, although adding the Mo coating, the interfacial reaction product of the SiCf/C/Mo/TiAl composite is the same with that of the SiCf/C/TiA1 composite, which is TiC/Ti2AlC between the coating and the matrix. However, C/Mo duplex coating is more efficient in hindering interfacial reaction than C single coating at 900 ℃ and below. In addition, a new layer of interfacial reaction product was found between Ti2AlC and the matrix after 900 ℃, 200 h thermal exposure, which is rich in V and close to the chemical composition of B2 phase. 展开更多
关键词 Mo coating TiAl alloy sic fiber titanium matrix composite interracial reaction thermal stability
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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
7
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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HIGH STRAIN RATE SU PERPLASTICITY IN SiCp REINFORCED AZ31 MAGNESIUM MATRIX COMPOSITE 被引量:2
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作者 陈培生 吕庆风 +2 位作者 孙扬善 蒋建清 马爱斌 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2001年第1期17-21,共5页
Superplasticity of AZ 31 magnesium matrix composites reinforced with 10 vol% SiC(2 μm) particulate i s investigated at temperature range from 365℃ to 565℃ and strain rate from 2.0 8×10<sup>-3</sup&g... Superplasticity of AZ 31 magnesium matrix composites reinforced with 10 vol% SiC(2 μm) particulate i s investigated at temperature range from 365℃ to 565℃ and strain rate from 2.0 8×10<sup>-3</sup> to 5.21×10<sup>-1</sup> s<sup>-1</sup>. The maximum total elongation of 228 % is obtained at a strain rate of 2.08×10<sup>-1</sup> s<sup>-1</sup>. The strain rate se nsitivity exponent (m) higher than 0.3, is observed when the strain rate is high er than 10<sup>-1</sup> s<sup>-1</sup> at 525℃. Increasing the test temperature to 540℃, the maximum total elongation exceeding 195% is achieved at a higher strain rate of 5.21×10<sup>-1</sup> s<sup>-1</sup> than that at 525℃. SiC in AZ31/SiCp composite ca n fine the matrix grain size. Filament is observed on the fracture surface of th e specimens showing superplasticity. 展开更多
关键词 magnesium alloys sic p articulate composite high strain rate and superplasticity
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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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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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SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料高温环境损伤原位监测研究进展 被引量:1
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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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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 被引量:1
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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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环境温度对二维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响研究
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作者 杜金康 于国强 +4 位作者 庞洋龙 张华军 梁小强 高希光 宋迎东 《推进技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期212-218,共7页
为了研究环境温度对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响,在室温和800℃,1000℃,1200℃惰性气体保护环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸试验。采用数字图像相关技术采集了高温环境下试件的变形数据。通过光学显微镜和扫描电子显微镜... 为了研究环境温度对陶瓷基复合材料拉伸性能的影响,在室温和800℃,1000℃,1200℃惰性气体保护环境下开展了二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸试验。采用数字图像相关技术采集了高温环境下试件的变形数据。通过光学显微镜和扫描电子显微镜拍摄了试件的断口形貌。结果表明:800~1200℃内,二维编织SiC/SiC复合材料的拉伸应力-应变响应同样具有明显的双线性特征,初始线性段的弹性模量与室温测试结果相近,高温环境下第二线性段弹性模量低于室温环境;800~1200℃惰性气体环境下材料拉伸强度较室温环境低20%左右;温度主要影响材料中纤维与基体的结合状态和SiC纤维的强度。一方面,温度越高断口纤维拔出情况越严重;另一方面,温度越高SiC纤维强度越低,二维编织SiC/SiC复合材料强度也有所下降。 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 拉伸性能 断口形貌
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2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂试验及表征
14
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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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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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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C/SiC复合材料数据库及机器学习性能预测平台的设计与开发
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作者 曹文轩 史振宇 +3 位作者 邹斌 王继来 张成鹏 袭建人 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期51-61,共11页
以MySQL Workbench 8.0为数据库平台,采用三层浏览器/服务器架构,利用PyCharm 2022开发了一套基于Web界面和机器学习技术的C/SiC复合材料数据库系统,该系统包括材料数据库和机器学习模型2部分,具有对材料组分结构、制备工艺、试验性能... 以MySQL Workbench 8.0为数据库平台,采用三层浏览器/服务器架构,利用PyCharm 2022开发了一套基于Web界面和机器学习技术的C/SiC复合材料数据库系统,该系统包括材料数据库和机器学习模型2部分,具有对材料组分结构、制备工艺、试验性能等材料研发各阶段的信息查询、添加、修改、删除、搜索以及支持信息管理、设计分析视图、案例推理辅助设计、用户与系统管理等功能。基于神经网络回归算法训练机器学习模型,利用材料微观结构参数预测材料力学性能,对不同微观结构参数的影响权重进行评价,并部署在系统平台中;通过Web用户界面调用机器学习模型,对预留的验证集数据进行拉伸模量和弯曲模量预测。结果表明:机器学习模型预测材料力学性能的精度达到95%左右,训练出来的预测模型具有良好的精度与泛化能力。 展开更多
关键词 C/sic复合材料 材料数据库 WEB系统 神经网络 性能预测
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电压对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料微弧放电析出气体成分的影响
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作者 廖燚钊 王兴平 +2 位作者 万旭敏 杜建成 薛文斌 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1529-1540,共12页
在硅酸盐溶液中,对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料进行不同电压下的微弧氧化试验。通过分析微弧放电过程中复合材料析出气体的组成,评估电压对阳极析出气体成分的影响,并阐释其产生机制。结果表明:不同电压下阳极析出的气体均由H_(2)、O_... 在硅酸盐溶液中,对15%SiC_(p)/2009铝基复合材料进行不同电压下的微弧氧化试验。通过分析微弧放电过程中复合材料析出气体的组成,评估电压对阳极析出气体成分的影响,并阐释其产生机制。结果表明:不同电压下阳极析出的气体均由H_(2)、O_(2)及少量CO组成,不同于传统电化学理论认为的阳极析出氧气。在360~440 V范围内,随着电压的升高,放电火花强度增大,微弧氧化膜生长速率加快,H_(2)含量随之增加,O_(2)含量相应降低;电压超过440 V后,H_(2)含量约为80%(体积分数),O_(2)含量约为20%,两者含量保持稳定。阳极火花放电区水热分解释放大量H_(2)和O_(2),且放电越剧烈,水分解量越多。放电区中铝和水氧化反应及高能电子轰击电离水分子也是过量H_(2)析出的重要原因。此外,SiC增强体参与成膜过程,并在放电区高温环境中被氧化,生成了少量的CO气体。 展开更多
关键词 微弧氧化 铝基复合材料 碳化硅增强体 气体析出 气相色谱
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SiC_(p)/2024Al复合材料热挤压对激光焊接接头组织性能的影响
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作者 韩瑞 李晓鹏 +2 位作者 彭勇 闫德俊 王克鸿 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2054-2064,共11页
采用SiC颗粒增强铝基复合材料替代铝合金制造舰船船体或装甲车体,是解决当前舰船、装甲机动性和防护性二元矛盾的潜在途径。在实际应用过程中因为供货渠道不同,此材料存在不同的状态,这对材料焊接会产生较大的影响。对不同供货状态的SiC... 采用SiC颗粒增强铝基复合材料替代铝合金制造舰船船体或装甲车体,是解决当前舰船、装甲机动性和防护性二元矛盾的潜在途径。在实际应用过程中因为供货渠道不同,此材料存在不同的状态,这对材料焊接会产生较大的影响。对不同供货状态的SiC_(p)/2024Al复合材料进行激光焊接,对比热挤压前后材料的焊缝成形情况,分析热挤压工艺对焊缝成形以及焊缝接头的物相和显微组织的影响;通过显微硬度,拉伸等力学性能测试,分析复合材料的断裂行为并确定其断裂机理。试验结果表明:热压烧结的SiC_(p)/2024Al复合材料激光焊缝中存在大量的气孔缺陷,接头的最高抗拉强度为76 MPa,仅达到母材强度的28%,焊接后材料强度下降严重;采用热挤压后的复合材料进行激光焊接,焊缝完整,无气孔缺陷,接头没有出现明显的低硬度区域,接头的抗拉强度达到124 MPa,相比于热挤压前的材料焊接接头抗拉强度上升60%;相较于热压烧结的材料,热挤压后的材料焊接性明显增强,接头力学性能有明显的提升。 展开更多
关键词 激光焊接 铝基复合材料 sic 热挤压 微观组织及力学性能
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无压烧结温度对15%SiC/2009Al复合材料微观组织与力学性能的影响
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作者 边鹏博 朱士泽 +2 位作者 张峻凡 肖伯律 马宗义 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期76-82,共7页
针对传统粉末冶金工艺制备成本高、制备效率低等问题,采用冷等静压结合无压烧结及热挤压工艺制备15%(体积分数,下同)SiC/2009Al复合材料。研究不同烧结温度(600,620,640℃)对15%SiC/2009Al复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:... 针对传统粉末冶金工艺制备成本高、制备效率低等问题,采用冷等静压结合无压烧结及热挤压工艺制备15%(体积分数,下同)SiC/2009Al复合材料。研究不同烧结温度(600,620,640℃)对15%SiC/2009Al复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:在600℃下烧结,SiC与基体间的结合差,微观下可观察到较多的大尺寸孔隙,材料的致密度低,力学性能差;在640℃高温下烧结,坯锭产生大量液相,并溢出到坯锭表面,造成心部合金元素下降,此外,640℃会引发强烈的界面反应,生成较多大尺寸脆性相,成为材料断裂过程中的裂纹源,导致材料性能下降;620℃为最佳烧结温度,产生较多的液相能填充坯锭中的部分孔隙,进而提高材料致密度以及界面结合强度,复合材料的强度和塑性均取得最佳值,抗拉强度与屈服强度分别达到505,345 MPa,伸长率达到7.2%。 展开更多
关键词 sic颗粒 铝基复合材料 冷等静压 烧结温度 力学性能
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