碳化硅陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用需求及挑战

随着航空发动机推重比的不断提高,急需发展轻质、高强韧、耐高温、长寿命、抗烧蚀、抗氧化的碳化硅陶瓷基复合材料(SiC matrix ceramic composites,CMC-SiC),以满足航空发动机愈加苛刻的服役要求。本文简要介绍了CMC-SiC复合材料的特点和制备方法,综述了CMC-SiC复合材料在国外先进航空发动机热端部件上的应用进展及国内的研究现状。从工程化角度,指出了国内在高性能纤维、构件设计及制备、环境障涂层、无损检测技术、考核验证方法、修复技术等方面存在的差距及需突破的关键技术,指出了今后国内的研究目标与发展方向。     

预氧化Cf/SiC陶瓷基复合材料及其构件的抗疲劳特性研究

采用在线销钉集成技术实现了二维C_f/SiC复杂构件的近尺寸成型,并考察预氧化C_f/SiC销钉集成构件的高周疲劳寿命及破坏模式。实验结果表明:C_f/SiC构件在不同激振加速度条件下均表现为由销钉断裂所引起的整体分层破坏,层板连接处为C_f/SiC构件的振动疲劳薄弱部位。通过ANSYS振动应力分析和微观组织分析可以推论出,疲劳试验时,裂纹容易沿着层板间的基体扩展,在基体开裂失效后,全部应力施加于销钉处,最终在疲劳应力作用下销钉发生断裂,导致构件整体分层破坏。     

碳化硅陶瓷基复合材料环境障涂层研究进展

碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)因具有低密度、抗氧化、耐高温等优点,成为下一代先进航空发动机热端结构部件的潜在材料。然而,CMC-SiC在燃气环境中面临着严重的腐蚀问题,需要在环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)的保护下才能实现长时应用。本文介绍了EBCs的选材要求、发展历程、涂层制备工艺、涂层考核技术以及表征手段,综述了EBCs体系在服役过程中存在挥发速率高、使用温度低等问题以及在制备过程中存在涂层晶化率低、致密度低等问题,指出了今后国内在EBCs材料优选、制备工艺、评价方法以及考核平台的研究目标与发展方向。