不同界面SiC纤维束复合材料的拉伸力学行为

利用国产三代SiC纤维通过化学气相渗透工艺(CVI)制备不同界面厚度和基体体积分数的SiC纤维束复合材料,并对其拉伸力学行为进行研究;同时,通过有限元方法研究界面厚度和基体体积分数对SiC纤维束复合材料热残余应力的影响。有限元分析结果表明:该纤维束复合材料的界面存在较为明显的径向和环向热残余应力,而且这两种应力均随着界面厚度增加而减小,随着基体体积分数的增加而增加。拉伸实验结果表明:随着界面厚度增加SiC纤维束复合材料的拉伸强度有增大趋势,且纤维拔出长度也相应增加;但在界面厚度相同的情况下,过高的基体体积分数将导致复合材料拉伸强度和韧性下降。     

化学气相渗透法制备2.5D浅交弯联SiC_f/SiC复合材料的结构与力学性能

采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)方法,在具有2.5D浅交弯联结构的SiC纤维管状编织体上预沉积SiC-PyC-SiC多层界面(PyC即Pydrolytic carbon,热解碳),再利用CH_3SiCl_3-H_2-Ar体系对其进行化学气相渗透SiC增密,制备管状SiC_f/SiC复合材料,研究SiC_f/SiC复合材料的物相组成、微观结构、轴向压缩、径向压溃以及环向拉伸等力学性能及其断口形貌。结果表明:SiC_f/SiC复合材料主要由SiC纤维、SiC-PyC-SiC复合界面以及SiC基体组成。SiC-PyC-SiC复合界面中,PyC界面厚度为400~500 nm,SiC界面厚度为700~800 nm,SiC基体主要为β-SiC相。SiC_f/SiC复合材料的密度为2.50~2.58 g/cm~3,开孔率为7.70%~9.10%,轴向抗压强度为53.2 MPa,径向压溃强度为38.18 MPa。轴向压缩时表现为与水平方向成45°方向的剪切破坏,径向压溃时表现为形成4个塑性铰后发生分瓣破坏,断口处明显观察到纤维拔出现象,但拔出不长,表现出"假塑性"特征。SiC_f/SiC复合材料的环向抗拉强度为12.8 MPa,其断口相对较平整,纤维拔出不明显,表现为脆性破坏。     

2D-C/SiC高速深磨磨削特性及去除机制

采用树脂结合剂金刚石砂轮, 通过对2D-C/SiC复合材料高速深磨磨削加工, 并对磨削表面形貌和亚表面损伤进行了观察。提出了2D-C/SiC摩擦层(表面)的磨削力理论公式, 讨论了磨削加工用量对磨削力和磨削力比的影响。实验结果表明, 2D-C/SiC复合材料的高速深磨材料去除机制与其自身的微观结构相关, 既不同于塑性材料, 也不同于普通脆性材料, 而是以脆性断裂去除为主。     

热解碳-SiC共沉积界面SiCf/SiC Mini复合材料的制备及其拉伸行为

以国产第三代碳化硅纤维(SiCf)为增强体,通过化学气相渗透(CVI)工艺在SiCf表面同时沉积热解碳(PyC)和SiC形成共沉积界面层,沉积时间为20～70 min,然后继续沉积SiC制备出致密的Mini SiCf/SiC复合材料,研究复合材料的界面结构和拉伸行为.结果表明:20,40,70 min沉积时间下得到共沉积界面层的平均厚度分别为500,1100,2100 nm,界面层厚度均匀,为单层界面;当共沉积界面层厚度为1100 nm时,Mini复合材料的界面结合强度适中,拉伸强度最大,达到626.0 MPa,对应的断裂应变为0.45％.     

平纹编织SiC/SiC复合材料多尺度建模及强度预测

连续SiC纤维增强SiC基体复合材料（SiC/SiC）具有优异的高温力学性能、辐照稳定性及较低的氚渗透率,在核工程结构领域具有良好的应用前景,掌握其承载状态下的损伤演化和强度性能,对SiC/SiC复合材料的应用具有重要指导意义。本文基于平纹编织SiC/SiC复合材料的制备过程和组分材料分布的多尺度特性,考虑复合材料微观结构的局部近似周期性,建立了纤维丝尺度和纤维束尺度单胞模型。使用有限元分析软件对纤维丝尺度模型的弹性性能和强度性能进行预测,将这些性能参数代入纤维束尺度模型,引入Tsai-Wu失效准则,根据材料的不同失效模式并对失效单元进行方向性刚度折减,模拟了平纹编织SiC/SiC复合材料在单轴拉伸载荷下的渐进损伤过程。数值模拟曲线与试验曲线吻合较好,实现了对平纹编织SiC/SiC复合材料强度的有效预测。      

UN核燃料烧结致密化过程的相场模拟EI北大核心CSCD

引入了平移和旋转等作用过程,建立了烧结致密化过程的相场模型,分析了平流通量刚体运动对烧结颈的形成、平衡二面角和烧结致密化过程的影响。模拟结果表明,引入平流通量刚体运动在烧结初期加快了烧结颈的形成,而在烧结后期作用不明显;烧结相场模型中是否引入平流通量不影响晶界平衡二面角的取值;致密化过程的气孔收缩分为3个阶段,分别是烧结初期的表面扩散主导阶段、平流通量取代表面扩散的阶段和致密化完成阶段;增大平移迁移率能加快致密化过程、增加致密化程度,但超过一定阈值后其作用达到饱和;颗粒完成致密化收缩后会形成稳定的三叉晶界(夹角120°),多晶UN烧结模拟形貌演化中三叉晶界的形成和气孔收缩致密化的行为与实验结果一致。     

TRISO微球涂层的微结构与力学性能研究

以ZrO₂微球为模拟核芯，通过流化床化学气相沉积(FBCVD)工艺制备了三结构同向性包覆颗粒(TRISO)微球，利用扫描电镜、透射电镜等对TRISO微球各包覆涂层的微结构进行了观察分析，并采用微米压痕法测试了各包覆涂层的弹性模量和维氏硬度，在此基础上通过压溃实验对SiC涂层的断裂强度进行了测试。结果表明：(1)Buffer层由大量的球状碳颗粒组成，涂层中存在较多的大孔；(2)内PyC层和外PyC的结构类似，由大量表面包裹片层结构的球状碳颗粒组成，致密度相对较高；(3)SiC层以典型的β-SiC结晶态存在，原子层间距为0.26 nm；(4)各包覆涂层中，Buffer层的弹性模量和维氏硬度最低，分别在13.29GPa和1.78 GPa左右，内PyC层的弹性模量和维氏硬度分别在25.80 GPa和3.18 GPa左右，外PyC层的弹性模量和硬度分别在28.15 GPa和3.66 GPa左右，SiC层的弹性模量与硬度均最高，分别在141.4 GPa和21.51 GPa左右；(5)通过压溃实验测得的SiC层平均断裂强度为2581 MPa。TRISO微球各包覆涂层不同的结构特...