碳/碳复合材料表面涂层后受热膨胀中热应力的近似计算

前言 C/C复合材料具有优异的高温性能,但C/C复合材料高温下的抗氧化性能差,作为高温结构材料必须解决高温长时条件下的抗氧化问题。解决C/C复合材料高温抗氧化的办法之一是加表面涂层,以保护材料不被氧化。涂层与C/C复合材料的膨胀系数往往有所差异,受热膨胀中因热应力常导致导致涂层开裂和剥落,使涂层失去保护作用。为了指导涂层设计,事先应估算出工作温度下涂层中将会产生的热应力。本文就此问题以简化了的物理模型,作了近似估算热应力的初步尝试。 一、物理模型 为了简化问题,作出以下假定: 1.涂层与C/C复合材料的界面结合良好; 2.无残留应力; 3.涂层相对于C/C复合材料很薄,C/C复合材料的导热性良好,因此假定受热时从表面至材料内部不存在温度差; 4.将带有涂层的C/C复合材料看作是一个球体,涂层为球壳。     

碳纤维增强碳氮化硅复合材料的基体在真空中的热稳定性

以六甲基二硅氮烷为先驱体,采用电热裂解化学气相沉积技术制备了以热解碳为界面的连续碳纤维增强SiCN陶瓷基复合材料(C/SiCN,并在不同温度和时间下进行了真空热处理.用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜、X衍射仪和光电分析天平分别进行微观观察、相变分析和质量测量.结果表明:热处理温度对基体晶化程度的影响要比增加热处理时间的影响更明显;非晶SiCN基体经1 100℃热处理30 h后已有微量β-SiC晶粒产生:在1100℃,30h;1300℃,30h; 1 500℃,30h和1 700℃,2h熟处理后,部分SiCN转变为SiC,没有发现Si3N4;1700℃热处理2h后,晶粒间的非晶SiCN内出现层状石墨;1900℃热处理0.5h后,SiCN基体几乎全部晶化,并明显出现sj3N4晶体;在1100℃到1300℃真空热处理30h后,质量损失主要是H-的损失;在1500℃到1900℃处理后,除了H-损失之外,还有部分N-损失.     

SiC沉积的机理研究

在石墨基底上采用低压化学气相沉积法沉积SiC,沉积室是热壁.H2载气通过鼓泡法将三氯甲基硅烷(methyltrichlorosilane,MTS)送入沉积室,沉积基底的面积和沉积室的体积比为1×10-2mm-1.沉积参数为:压力5kPa,温度1 100℃,H2的流量为150mL/min,气相成分中H2和MTS的流量比为10.结果表明:较大的液态聚基体表面能低,小液滴在大液滴表面沉积.H2流量小时,小液滴沿大液滴的生长锥顶部环状沉积,各生长锥问有间隙.H2流量增加时,小液滴无序的分散在大液滴的表面上.据此提出了一种可能的SiC的沉积和生长机理.     

40Cr钢电火花表面强化层的磨损特性研究

分析了在大接触应力的磨损条件下,表面残余应力和硬度对40Cr电火花强化层耐磨性的影响,探讨了其磨损机理。结果表明:滚动磨损和滚、滑动磨损时,随着试样表层硬度的提高,试样的耐磨性增大;强化层中的残余压应力可以提高强化层的硬度并增强其耐磨性。滚动磨损时,电火花强化层的磨损方式主要为粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损三种机制;在滚、滑动磨损时,除上述三种机制外,还发生了氧化磨损。     

纤维表面处理对F-12复合材料剪切性能的影响

本文采用活性涂层、刚性涂层、柔性涂层分别对 F－ 12纤维进行表面处理,并研究了不同涂层对 F－ 12/AE4环氧 NOL环复合材料剪切强度的影响。试验结果表明,各种涂层对其复合材料的剪切性能都有一定的影响。其中,刚性涂层有利于提高 NOL环的剪切强度。     

超声波与电火花表面复合强化Ti17合金的疲劳性能

将Ti17合金经过电火花处理(EST)后再进行超声波表面处理以期提高疲劳寿命。通过扫描电子显微镜观察表面形貌及强化层结构,经X射线衍射分析表面残余应力,采用HT-100高温疲劳试验机测试350 ℃拉-拉疲劳寿命。结果表明,经过超声波表面处理后,试样表面粗糙度及表面残余应力降低,复合强化后试样的疲劳寿命是仅经过EST处理的两倍。经过硬质合金YG8电极EST以及超声波复合处理的试样疲劳寿命最长     

采用声发射技术测试电镀氧化铝涂层力学性能

采用声发射(AE)技术实现动态监测4043铝合金/氧化铝涂层系统的拉伸实验过程。通过SDAEA信号分析系统对拉伸过程中AE信号幅度、能量、振铃计数、撞击速率以及波形和其傅里叶变换(FFT)进行了分析。揭示出4043铝合金/氧化铝涂层系统拉伸过程中涂层裂纹萌生和扩展过程,并且通过分析AE信号随时间的变化规律得出涂层材料的面内拉伸强度和涂层结合强度。     

整体毡碳/碳复合材料的高温剪切性能研究

运用双槽口剪切试验方法测试了碳纤维增强碳基复合材料(C/C)在室温、700℃、1000℃、1400℃下的剪切强度,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了材料的原始组织形貌和断口微观形貌。结果表明:材料的剪切强度在一定范围内随温度的升高而增加,材料Z向的剪切强度优于XY向。通过SEM观察分析可知,材料XY向和Z向纤维的含量明显不同;室温下,C/C复合材料的破坏形式有纤维拔出及断裂,而高温下,失效形式主要为纤维的拔出、纤维/基体界面脱粘等。     

化学气相沉积法制备TiC涂层的相组成和表面形貌

用化学气相沉积法在碳／碳复合材料表面沉积ＴｉＣ涂层。研究了工艺参数对ＴｉＣ涂层的相组成和表面形貌的影响以及ＣＶＤ ＴｉＣ涂层的沉积机理。实验结果表明,当进入沉积室的气体流量比为Ｈ２：ＴｉＣｌ４：ＣＨ４＝３００：２５：１０时,所得涂层中含较少的游离碳,ＴｉＣ纯度较高。随ＣＨ４流量增加,游离碳含量增加。     

发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子

本文采用交流电位法研究了一种铁基高温合金 GH36在550℃、于不同加载条件下的裂纹扩展速率,并用扫描电镜对其断裂特征进行了分析。发现裂纹扩展规律存在着一个发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子 K_1,当裂纹尖端的应力强度因子大于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)将显著加速疲劳裂纹扩展速率。而小于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)对疲劳裂纹的扩展速率却几乎没有影响。对产生这种现象的原因进行了初步探讨,在本试验条件下,主要由于疲劳裂纹和“W”型蠕变裂纹的连接而加速了裂纹的扩展。