室温下C/C复合材料紧固件拧紧特性

本文研究了C/C复合材料紧固件在不涂防松胶（简称不涂胶）和涂防松胶（简称涂胶）两种状态下的拧紧特性。试验测试了两种状态下C/C复合材料紧固件拧紧力矩与预紧力的关系,并对两种状态下紧固件摩擦系数和拧紧力矩分配关系进行了深入分析。结果表明:涂胶与不涂胶相比,相同拧紧力矩作用下,螺栓预紧力增大20%~82%,且不涂胶状态下预紧力与拧紧力矩线形关系较好;不涂胶和涂胶两种状态下,螺纹副摩擦系数分别为0.41、0.35,端面摩擦系数分别为0.59、0.41,涂胶后两对摩擦副摩擦系数均降低;另外,涂胶和不涂胶两种状态下施加拧紧力矩在端面摩擦副、螺纹摩擦副和附加力矩中比例分配规则略有不同。      

SiC颗粒增强铝基复合材料/半金属材料干摩擦磨损特性

采用自制的销盘式摩擦磨损试验机研究了三种颗粒增强铝基复合材料及灰铸铁(HT250)与半金属摩擦材料配副的干摩擦磨损性能。结果表明:在试验条件下,复合材料的耐磨性能高于灰铸铁(HT250),其中复合材料Al-10%Si/30%SiC(14μm)的平均磨损率小于灰铸铁的三分之一;复合材料的摩擦系数与HT250相当。而且从摩擦系数稳定性和摩擦系数达到最大值所需的时间来考察,复合材料的性能优于HT250。结果表明,颗粒增强铝基复合材料可以取代HT250,用于汽车刹车盘类摩阻件,使其使用寿命大幅度提高。     

单颗粒金刚石平面磨削C/SiC复合材料的有限元仿真

建立有限元模型对C/SiC复合材料单颗金刚石磨粒平面磨削加工过程进行数值模拟,结合Abaqus有限元分析软件建立材料本构模型,仿真分析单颗粒平面磨削过程中不同砂轮转速和磨削深度对磨削力、工件表面形貌的影响规律。结果表明,随着砂轮转速的提高,法向及切向磨削力变小,表面质量提高,亚表面裂纹变小;随着磨削深度的增加,法向及切向磨削力变大,表面质量变差,亚表面裂纹变深。该研究为陶瓷基复合材料磨削加工机理的研究及磨削工艺参数优化,提供了高效的方法和理论依据。     

C/SiC复合材料的定量红外热波无损检测

在C/SiC复合材料板上钻直径和深度不同的盲孔,模拟材料表面下的孔洞缺陷。利用红外热波检测技术对C/SiC缺陷试样盲孔缺陷的孔径和深度做定量检测,并与X射线照相及CT检测结果相比较。结果表明：红外热波检测适合C/SiC复合材料内部缺陷的检测,可同时定量检测C/SiC复合材料中缺陷的大小和深度,并能弥补X射线照相及CT检测的不足。缺陷直径测量误差随着缺陷孔径的增大而减小,随着缺陷深度的增加而增大;缺陷深度测量误差随着缺陷孔径的增大而减小,但在一定范围内随着缺陷深度的增加而减小。红外热波检测C/SiC复合材料孔洞缺陷存在定量测量的下限。     

螺纹紧固件连接的防松分析

目前基本上所有的现在的机械产品均采用了螺纹连接方式,机械产品的经济性和可靠性也与螺纹有着密切的关系。本文从汽车的实际应用的角度出发研究螺纹紧固件连接的防松问题,发现松动原因,给出放松措施和预紧方法,有利于提高螺纹紧固件的连接效果。     

SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的力学性能

以连续SiC纤维为增强体,采用前驱体浸渍裂解工艺,在复合材料基体中引入SiC晶须制备出多级增强的SiCf/SiC-SiCw复合材料,并采用化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层,研究了SiC晶须及其表面BN界面层对复合材料的性能影响.结果表明:在复合材料中引入SiC晶须后,由于晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等作用增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使SiCf/SiC复合材料的压缩强度有明显提高,当引入体积分数为20％的SiC晶须时,复合材料压缩强度提高了22.6％,可达673.9 MPa.通过化学气相渗透工艺在SiC晶须表面制备BN界面层后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别为414.0,800.3 MPa和22.2 MPa·m1/2,较SiC晶须表面无界面层时分别提高了13.9％,8.8％和19.0％.     

2D SiC/SiC复合材料电阻率对服役环境的响应特性

研究针对不同服役环境下2DSiC/SiC复合材料的电阻率特性进行了研究。从1300℃降至室温的无氧环境中,复合材料的电阻率随温度降低而增大;借助曲线拟合,建立了电阻率与温度之间的映射关系。在1300℃空气环境中氧化20和60 h后,由于PyC界面层和SiC基体的氧化,复合材料的导电性显著降低;以SiO₂的含量定量表征氧化程度,建立了电阻率与氧化损伤之间的映射关系。复合材料的电阻率和应力随应变的变化趋势相似,电阻率变化率和刚度随应变的变化趋势相反。在线性阶段,基体开裂数量极少,刚度几乎不变,电阻率缓慢增大;在非线性阶段,基体开裂数量增加较快,造成刚度降低,电阻率快速增大;后半段的基体裂纹数量缓慢增多,刚度和电阻率变化率趋于平稳。     

三维编织C/SiC复合材料的拉压实验研究

针对三维编织C/SiC复合材料进行了拉伸试验和压缩试验,得到了材料拉伸、压缩的主要力学性能参数、损伤发展情况及破坏规律。从宏观角度比较了在两种载荷下材料弹性性能及强度的区别,得到了一些试验研究结论。结果表明:三维编织C/SiC在拉伸和压缩载荷下的应力-应变曲线有明显的非线性特性;拉伸模量低于压缩模量;拉伸强度高于压缩强度;声发射数据可以用来检测材料内部损伤的发展。      

螺纹紧固件总摩擦系数测量的不确定度评估

本文对螺纹紧固件总摩擦系数的测量不确定度来源进行分析。借助SCHATZ多通道螺纹紧固分析系统对规格为M16的汽车用螺栓总摩擦系数的测量不确定度进行了评定,最终得出了扩展不确定度。     

液硅渗透法制备Ti3SiC2改性C/CSiC复合材料

采用浆料浸渗结合液硅渗透法原位生成高韧性Ti₃SiC₂基体, 制备Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料。研究了TiC颗粒的引入对熔融Si浸渗效果的影响, 分析了Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料的微结构和力学性能。实验结果表明: TiC与熔融Si反应生成Ti₃SiC₂是可行的, 而且C的存在更有利于生成Ti₃SiC₂; 在含TiC颗粒的C/C预制体孔隙(平均孔径22.3 μm)内, 熔融Si的渗透深度1 min内可达10.8 cm; Ti₃SiC₂取代残余Si后提高了 C/C-SiC复合材料的力学性能, C/C-SiC-Ti₃SiC₂复合材料的弯曲强度达203 MPa, 断裂韧性达到8.8 MPa·m1/2; 对于厚度为20 mm的试样, 不同渗透深度处材料均具有相近的相成分、 密度和力学性能, 无明显微结构梯度存在, 表明所采用的浆料浸渗结合液硅渗透工艺适用于制备厚壁Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料构件。      

SiC／Al复合材料的摩擦学特征

综合评述了ＳｉＣ（颗粒、晶须）增强铝复合材料摩擦磨损行为，讨论了增强体的几何形状，位向，含量，尺寸和种类以及材料的热处理制度，载荷和滑动速度对磨损行为的影响，对磨损机制的综合分析指出，金属基复合材料中的磨损，主要是磨粒磨损和粘着磨损，而亚表层裂纹的形成和扩展引起的脱层是磨损的本质所在。     

Development of damage in a 2D woven C/SiC composite under mechanical loading: I. Mechanical characterization

An investigation has been undertaken to determine the damage mechanisms and the associated mechanical response of a 2D reinforced composite of carbon fibers in an SiC CVI-processed matrix subjected to uniaxial tensile and compressive loadings at room temperature. Under tension loading, an extended non-linear stress/strain response was evidenced and related to a multi-stage development of damage involving transverse matrix microcracking, bundle/matrix and inter-bundle debonding as well as thermal residual stress release. This tensile behavior proved to be damageable-elastic with respect to a fictitious thermalstress-free origin of the stress/strain axis lying in the compression domain. In compression, after an initial stage involving closure of the thermal microcracks present from processing, the composite displayed a linear-elastic behavior until failure. The extent of damage over the material was characterized quantitatively at the microscale by the decrease of the average transverse microcrack spacing and at the macroscale by the decrease of both the longitudinal Young's modulus and the in-plane Poisson's ratio.     

温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合材料摩擦磨损特性的影响

采用UMT-2多功能摩擦实验机,研究了温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合刀具材料摩擦磨损性能的影响,并分别使用白光干涉仪和扫描电镜分析实验后磨痕的轮廓和微观形貌。结果表明,常温摩擦时,随着ZrB2/ZrO2含量的增加,AZ系列自润滑陶瓷材料与硬质合金对摩时的摩擦系数逐渐降低。高温摩擦时,随着环境温度的提高,表面摩擦温度不断上升,生成的润滑膜有助于使摩擦系数和磨损率下降。     

Development of damage in a 2D woven C/SiC composite under mechanical loading: II. Ultrasonic characterization

The non-linear mechanical behavior of a CVI-processed 2D woven C/SiC composite has been investigated by means of an ultrasonic method. This method provided the complete variation of the stiffness tensor of the material required to fully identify anisotropic damage, which was otherwise inaccessible by classical strain measurements. The various damage mechanisms induced by mechanical loading and their influence on the tensile behavior were determined and analyzed by comparing the variations of the components of the stiffness tensor obtained from the ultrasonic measurements with the prediction of microcracks by a system of slit cracks derived from a micromechanical model. Two damage modes were thus emphasized: transverse microcracking characterized by a deterministic accumulation and a random development of longitudinal microcracking, i.e. fiber/matrix and bundle/matrix debonding. Comparisons with the results obtained in Part I from both classical strain measurements and microstructural observations are also made and discussed, whenever possible.     

C/C复合材料摩擦磨损性能研究

综述了国内外对C/C复合材料摩擦磨损性能的研究现状.指出C/C复合材料的摩擦磨损机理为机械磨损和氧化磨损,在高温下(500℃以上)C/C复合材料的磨损是机械磨损和氧化磨损共同作用的结果,而氧化是磨损的根本原因;影响C/C复合材料摩擦磨损性能的因素有材料本身的因素,如复合材料的热解炭结构、密度、石墨化度、防氧化涂层等,也有实际操作条件的因素如刹车环境、刹车过程中的刹车速度、刹车能量等.提出对不同工艺制备的C/C复合材料的摩擦磨损性能有待于进一步研究.     

炭/炭复合材料摩擦膜的显微结构研究

用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析CVD增密和2300℃热处理炭/炭复合材料刹车片在模拟飞机正常刹车状况下的摩擦表面形貌和显微结构,研究了摩擦膜结构对摩擦磨损性能的影响。结果表明:在模拟飞机正常着陆的试验中,在炭/炭复合材料的摩擦表面形成一层低织构热解炭的摩擦膜,片层厚度约为1μm。     

高温处理对炭/炭复合材料摩擦性能的影响

利用热梯度化学气相沉积工艺制备了炭/炭复合材料,研究了热处理温度对炭/炭复合材料石墨化度、硬度和摩擦性能的影响.结果表明:随着热处理温度的升高,炭/炭复合材料的石墨化度增加,石墨片层的间距d002逐渐减小,石墨微晶的厚度LC逐渐增大,炭/炭复合材料的硬度降低.随石墨化度的增加,有更多的石墨微品碎片参与摩擦而形成摩擦表面膜,这些石墨碎片会填充摩擦表面的犁沟,使凹凸不平的摩擦面变得平整光滑,从而使摩擦系数减小、刹车力矩降低,刹车时间延长.     

A microdebonding study of the high-temperature oxidation embrittlement of a cross-ply glass-ceramic/SiC composite

A constant cross-section specimen with adhesively bonded tabs has been used for an investigation of the high-temperature tensile behavior of a cross-plied glass-ceramic-matrix composite consisting of CAS-II reinforced with Nicalon SiC fiber. Oxidation of the exposed interfaces along matrix cracks in 0 ° plies lowers the composite failure strain at 800 °C to the 0 ° ply matrix-cracking strain. Scanning electron microscopy and microdebonding analysis of the fracture surfaces indicate that the embrittlement process is the result of oxidation of the carbon-rich interphase as the matrix crack encounters 0 ° ply fibers, the interphase subsequently fuses with a higher bond strength and the crack grows through the fibers. Planar cracks grow inwards from the surface, covering the entire fracture surface given enough time (or sufficient strain). Degradation of the fibers does not appear to contribute to the embrittlement. Transverse plies crack at a lower strain than does the matrix in the 0 ° plies. However, it appears that oxygen does not enter 90 ° ply cracks in sufficient quantity to produce oxidation embrittlement, at least up to the 0 ° matrix-cracking strain. The strain to crack the 90 ° plies does not decrease significantly at high temperatures despite the fact that the cracks are primarily in the fiber/matrix interphase as they grow across the 90 ° plies.