陶瓷基复合材料纤维拔出有限元研究

采用粘结带模型描述复合材料界面的分离特性,利用有限元数值方法模拟了陶瓷基复合材料的纤维拔出的细观损伤和破坏过程,计算了其拔出过程的载荷-位移响应曲线,研究了界面结合强度、纤维的埋深长度以及热膨胀不匹配对纤维拔出过程的影响.结果表明该模型能很好的解释纤维拔出的破坏过程,纤维的最大拔出力和材料的承载能力都随面结合强度、纤维的埋入长度和基体的热膨胀系数增大而增大;纤维与基体热膨胀系数的不匹配对摩擦拔出力有直接影响.     

碳纤维增强YSZ陶瓷基复合材料制备及力学性能研究

以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为基体,以碳纤维作为增强体进行正交双向铺层,采用浆料-浸渍热压工艺制备了2D-Cf/ZrO2复合材料,研究了不同热压温度下(1450、1500、1550和1600℃)复合材料的相组成,以及热压温度、相转变对复合材料力学性能的影响。结果表明,复合材料基体主要以四方相和立方相存在,随热压温度的升高,立方相含量逐渐增加,复合材料沿平行于热压方向与沿垂直于热压方向的压缩强度、抗弯强度先增加后降低,其中1500℃热压制备的复合材料致密度达94.4%,材料具有最佳综合力学性能,垂直于热压方向与平行于热压方向上的压缩强度分别为69.0MPa和246.0MPa,垂直于热压方向与平行于热压方向上的抗弯强度分别为117.1MPa和76.3MPa。     

ZrB2-SiC-AlN陶瓷基复合材料的组织及性能

选用AIN作烧结助剂,采用热压烧结技术制备了ZrB2+20%SiC+η%AIN陶瓷基复合材料.利用SEM等手段对其组织进行了分析,并对其力学性能和高温烧蚀性能进行了分析测试.     

Cf/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了2D Cf/SiC复合材料,研究了低温裂解工艺(裂解温度低于1000℃)对2DCf/SiC复合材料结构和性能的影响,为Cf/SiC复合材料的低温制备探索可行之路.研究表明,采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf/SiC复合材料力学性能,其弯曲强度达到329.6 MPa,剪切强度32.1 MPa,断裂韧性14.7 MPa·m1/2.并采用差热(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)等对先驱体聚碳硅烷(PCS)及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究.     

PIP法制备陶瓷基复合材料构件的弯曲性能研究

采用先驱体转化工艺(PIP)制备三维炭纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(3D-Cf/SiC)构件。通过三点弯曲强度方法分析构件材料的弯曲性能及破坏规律。研究表明:采用三维炭纤维编织的陶瓷基复合材料构件,其复合材料基体的主要成分为β-SiC,材料具有较高的弯曲性能,可达511MPa,构件材料与采用同种PIP工艺制备的3D-Cf/SiC陶瓷基复合材料相比较,强度降低26.4%,这可能是由制备的构件其致密度较低以及后续加工等因素所致。3D-Cf/SiC陶瓷基复合材料在弯曲断裂过程,材料纤维与纤维束被大量拔出,表现出类似金属的较好假塑性断裂特征。     

碳短纤维-ZrB2陶瓷基复合材料的制备与性能研究

对ZrB2-SiC(ZS)材料和碳短纤维/ZrB2-SiC(ZSC)材料的断裂韧性、室温至900℃弯曲强度进行了测试和研究.结果表明:短纤维的加入可以显著提高材料的断裂韧性、从4.25 MPa·m1/2提高到6.56 MPa·m1/2,纤维拔出和脱粘以及裂纹的桥接和偏转是材料断裂韧性提高的原因;ZS和ZSC材料弯曲强度从室温到900℃经历了不同的过程,但都是两种因素共同作用的结果,即温度升高,晶界软化所带来的对裂纹的愈合作用与温度升高所带来的界面结合强度下降的作用.     

部分热压法制备氮化硅多孔陶瓷研究

采用部分热压法,以Y2O3,MgO和CaO为添加剂,制备了气孔率在0.009～0.236的氮化硅多孔陶瓷.结果表明:制备的氮化硅多孔陶瓷是由众多长柱状的β-Si3N4晶粒及部分残余的α-Si3N4构成,气孔由长柱状的β-Si3N4搭接形成,其形状不规则.同时分析了氮化硅多孔陶瓷的力学性能与气孔率的关系,得出了气孔率与抗弯强度及断裂韧性的关系.     

热压烧结制备Al2O3/TiCN-Ni-Ti陶瓷复合材料的组织与性能

采用真空热压烧结方法制备Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷基复合材料,采用X射线衍射与扫描电镜分析材料的物相组成和显微结构,研究烧结工艺对材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:Ni和Ti的添加显著提高复合材料的强度和韧性;温度小于1 600℃时,复合材料的力学性能随热压温度的升高而升高;温度高于1 600℃时,温度升高及保温时间延长不仅会导致Al2O3晶粒的异常长大和Ti(C,N)的分解,而且会使Ni发生聚集现象,复合材料的力学性能下降;当烧结温度为1 600℃、保温时间为30 min时,制备的Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合材料的力学性能最佳,其相对密度达到99.4%,抗弯强度为820 MPa,断裂韧性达到9.3 MPa.m1/2。     

Sol-gel法制备石英纤维增强石英陶瓷基复合材料及其性能研究（英文）

以硅溶胶和无机硅树脂为原料,通过液相渗积-原位固化成型技术和溶胶-凝胶法(So1-gel)制备了2.5D石英纤维增强石英陶瓷基复合材料。研究了无机硅树脂凝胶的差热分析,并对复合材料的致密化、机械强度及不同热处理温度对微州结构的影响做了分析,结果显示So1-gel法是制备SiO_(2f)/SiO_2复合材料的有效措施,浸渍无机硅树脂原料的复合材料密度由1.63 g/cm~3增加到1.72 g/cm~3,抗拉伸强度和压缩强度分别达到50和130 MPa,均有大幅度的提高,基体与纤维界面的脱黏和纤维的拔出说叫复合合材料为非脆性断裂。     

Ti_2AlC/TiAl基复合材料的制备及其力学性能北大核心CSCD

以Ti-Al-Ti_3AlC_2为反应体系,采用真空热压技术(1100℃×1 h)制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM等测试手段分析相组成以及微观结构,并测量其密度、维氏硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性等室温力学性能。结果表明,产物主要由TiAl、Ti_2AlC和Ti_3Al相组成。利用Ti_3AlC_2分解反应原位自生的Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内,且随着Ti_2AlC生成量的增大,团聚现象加剧。室温力学性能测试表明,Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能明显优于单相TiAl材料,当Ti_3AlC_2掺杂量为10 mass%时,综合性能较好,密度、硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性分别为3.97 g/cm^3、4.82 GPa、488.61 MPa、1340 MPa和5.68 MPa·m^(1/2)。断裂机制主要表现为沿晶断裂、穿晶断裂、裂纹偏转与桥联;颗粒相增韧、裂纹偏转与桥联以及层状增韧是主要的增韧方式。     

Cf／SiO2复合材料的组织性能与强韧化机理

采用真空热压烧结工艺制备了高致密的短C纤维（Cf)补强增韧SiO2基复合材料,研究了其组织结构、力学性能和强韧化机制。10％Cf/SiO2复合材料非晶态基体SiO2只发生部分晶化,Cf在基体中分布较均匀,并呈层状分布。复合材料强度、断裂韧性和断裂应变均基体显著改善,分别达到74MPa,2.4MPa.m^1/2和0．144％。压痕裂纹扩展行为和断口分析表明,Cf的桥接、拔出和诱导裂纹传转等是复合材料的强韧化机制。     

Cf／SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解（PIP）工艺制备了2DC／SiC复合材料，研究了低温裂解工艺（裂解温度低于1000℃）对2D Cf/SiC复合材料结构和性能的影响，为Cf／SiC复合材料的低温制备探索可行之路。研究表明，采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf／SiC复合材料力学性能，其弯曲强度达到329．6MPa，剪切强度32．1MPa，断裂韧性14．7MPa·m^1/2。并采用差热（TG-DTA）、红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）等对先驱体聚碳硅烷（PCS）及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究。     

燃烧合成法制备Al2O3-TiB2多孔陶瓷基复合材料

利用燃烧合成法制备了Al2O3-TiB2多孔陶瓷基复合材料,研究了燃烧合成反应的热力学、预制坯密度、稀释剂以及复合助燃剂对多孔体系和组织形成的影响。结果表明,加入适量稀释剂以及复合助燃剂对多孔组织的形成有很大帮助。稀释剂含量增加,孔尺寸减小;复合助燃剂加入降低了反应的点燃温度,有利于反应的原位进行,获得了孔尺寸分布均匀,孔径变化范围较小的多孔陶瓷基复合材料。     

Cf／ZrC—ZrB2-SiC—C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf／ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维／热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30nm的ZrC纳米颗粒。Cf／ZrC—ZrB2-SiC—C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相（Cg）组成。基体中石墨的（002）面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC（111）／／Cg（002）,ZrC[110]／／Cr[010]的取向关系。ZrB,和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

激光辅助高速微车削Cf/SiC陶瓷基复合材料切削力影响因素试验研究

Cf/SiC陶瓷基复合材料作为一种新型耐高温材料,在航空航天领域具有广泛的应用前景,但难加工特性带来了新的挑战。采用激光辅助高速微车削机床在Cf/SiC陶瓷基复合材料上进行外圆切削加工,以主切削力Fz 为目标,优化Cf/SiC陶瓷基复合材料的切削参数。分别采用单因素试验与多因素正交试验研究工件转速n、切削深度ap、进给速度vf与功率密度q对x、y和z 3个方向切削力的影响规律,通过方差分析法指出各加工参数对Fz影响的主次顺序及最优参数组合。试验结果表明:与常规高速微车削相比,激光辅助高速车削技术能够改善各个方向切削力大小,切削力最大降低81.436%;各试验因素对Fz的影响从大到小依次为q＞n＞ap＞vf;最优加工参数组合为：q=400 W/mm2,n=4 000 r/min,ap=20 μm,vf=20 mm/min时,Fz最佳为1.831 N。     

ZrO2-Al2O3蜂窝陶瓷/高铬铸铁复合工艺的研究

制备了ZrO2-Al2O3复相蜂窝陶瓷增强高铬铸铁基复合材料,研究了复合工艺对结合界面及性能的影响。结果表明,ZrO2-Al2O3陶瓷表面镀Ni和金属基体中加入活性元素Ti的工艺复合处理的试样界面结合好,综合性能较高;经1050℃淬火+350℃回火处理后,其冲击韧度为5.2J/cm2,界面结合处的显微硬度(HV)为505.7,该复合材料的相对耐磨性为高铬铸铁的2.8倍。     

Al2O3/Al陶瓷基复合材料的组织与性能

研究了反应自生复合的Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ陶瓷基复合材料的组织与性能间的关系,结果表明,该复合材料的弯曲强度和断裂韧度受到组织中的铝合金含量和孔隙率的影响。当金属质量分数为２０％～３０％时,复合材料的弯曲强度和断裂韧度分别达到３８０～４２０ＭＰａ和８．５～９．５ＭＰａ·ｍ１２。组织中的孔隙对Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ复合材料的性能是非常有害的,特别是当复合材料中的金属质量分数小于１０％时,孔隙对复合材料的性能危害更大。     

金属镍钴增强Y-TZP复相陶瓷喷嘴的研制

根据压力式喷雾干燥机所用喷嘴的性能要求,开展了对金属镍钴增强Y-TZP复相陶瓷的研究,采用共沉淀法结合高温氢还原制备含金属Ni、Co的Y-TZP复相陶瓷粉末,经干压成型和烧结得到金属镍钴增强Y-TZP复相陶瓷材料.结果表明在Ni、Co含量为2%～3%时材料的抗弯曲强度达到1100 MPa以上、同时洛氏硬度(HRA)大于90.采用该材料制备的陶瓷喷嘴,其使用寿命达到硬质合金水平,而性价比优于硬质合金.     

云母/氧化锆复合材料的烧结

将粒度〈100nm的四方相氧化锆粉体和平均粒度为4.5μm的云母玻璃粉混合成型后于不同温度烧结,制成了含有四方相氧化锆、单斜相氧化锆、四氟硅云母和残余玻璃相的云母/氧化锆复合材料.不同温度的收缩率曲线表明,本系统的烧结机制为粘性流动机制.