陶瓷基复合材料的界面相容性研究

有关陶瓷基复合材料（CMC）的界面问题已经得到广泛的重视。为了使材料达到一个很好的刚性，在纤维与基体之间保持尽量小的界面作用力对于陶瓷纤维增强Si-C-O复合材料是非常重要的。在纤维界面上涂层有利于减小它们之间相互作用，涂层处理后的Si-C-O复合材料的弯曲强度比一般无涂层的复合材料高5倍。在介质涂层、基体、以及涂层与纤维间的三相物质中避免化学反应的发生。目前，可利用化学相容性的原理对涂层纤维进行选择。     

连续纤维增强陶瓷基复合材料界面研究进展

在陶瓷基复合材料中引入高强陶瓷纤维的目的是为了增强陶瓷的断裂韧性,纤维与基体的界面是决定CMC韧性的关键因素。国内外许多专家和机构研究重点主要集中于连续纤维增强陶瓷基复合材料的界面,包括纤维与基体的化学相容性和热物理相容性,以及用TEM、HRTEM、SADP、AEM、声学显微法、EDX等微观测试手段研究不同体系的界面形成机理。本文对上述界面研究概况进行了综述,并简述了界面设计原则和近年来计算机技术在界面研究中的应用情况。指出,连续纤维增强陶瓷基复合材料界面研究将一直是复合陶瓷基复合材料界研究的重点和难点。     

晶须补强陶瓷基复合材料界面研究进展

结合国内外的工作，介绍了晶须补强陶瓷复合材料界面研究的最新进展，包括：晶须表面化学；界面物理和化学相容性，界面应力和涂层对复合材料力学性能的影响；晶须涂层工艺，界面研究发展动向。     

纤维增强陶瓷基复合材料界面及增韧机制的进展

陶瓷基复合材料以其优异的耐高温、热稳定性好、耐磨损等性能,在高技术领域和航空航天领域有重要应用。界面在纤维和陶瓷基体之间起着决定性的作用,复合材料的界面相是纤维与基体连接的纽带,也是应力及其它信息传递的桥梁。本文分别从不同复合方式复合材料的界面研究、纤维增强基体的增韧机制和界面的力学性能等方面进行了综述。     

陶瓷基复合材料损伤失效机理和模型研究进展

随着科学技术的进步,复合材料在航空领域得到了广泛的发展。陶瓷基复合材料因其具有高比强度、高比模量、耐高温和耐腐蚀的特性被广泛应用于航空发动机的热端部件。然而,制备过程中产生的初始损伤和残余以及复杂的失效模式,给建立陶瓷基复合材料的损伤本构模型、研究陶瓷基复合材料的损伤失效机理带来了巨大的困难。本文对陶瓷基复合材料损伤失效机理的研究进展进行综述。首先,介绍了陶瓷基复合材料的发展历史细观建模研究现状;然后,综述了陶瓷基复合材料损伤失效机理的研究现状;最后,对陶瓷基复合材料损伤失效机理研究的发展趋势进行了展望。     

纤维增强陶瓷基复合材料界面及增韧机制的进展

陶瓷基复合材料以其优异的耐高温、热稳定性好、耐磨损等性能,在高技术领域和航空航天领域有重要应用。界面在纤维和陶瓷基体之间起着决定性的作用,复合材料的界面相是纤维与基体连接的纽带,也是应力及其它信息传递的桥梁。本文分别从不同复合方式、复合材料的界面研究及纤维增强基体的增韧机制和界面的力学性能等方面进行了综述。     

界面层对陶瓷基复合材料性能的影响

纤维增强SiC陶瓷基复合材料由纤维、界面层和SiC基体组成。界面层可以传递载荷和偏转裂纹,同时防止纤维受到材料制备和使用过程中的化学侵蚀,对于调节SiC陶瓷基复合材料的各项性能具有非常重要的作用。本文在叙述界面层功能的基础上,讨论了界面层对陶瓷基复合材料的力学、耐高温及抗氧化性能的影响,并分析了研究中存在的问题,指出了未来研究的方向和重点。     

氧化物纤维/氧化物陶瓷基复合材料研究概述

氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料可以在高温氧化环境下长时间工作，是最有发展潜力的高温结构陶瓷材料之一。决定氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料性能最主要的2个因素是氧化物纤维的性能和界面材料的组成与结构。笔者介绍了氧化物纤维和界面材料的发展，以及界面材料涂覆方法，并探讨了氧化物纤维，氧化物陶瓷基复合材料的发展趋势。     

纤维增强陶瓷基复合材料概述

连续纤维增强陶瓷基复合材料是最有前途的高温结构材料之一,以其优异的高韧性、高强度得到世界各国的高度重视。综述了纤维增韧陶瓷基复合材料的选材原则、主要的增韧机理、制备方法以及目前主要的界面改性方法。得到以下结论：纤维的选择必须满足工作环境的要求,纤维与基体之间要在热力学上相匹配;主要的增韧机理为载荷转移、微裂纹增韧、裂纹偏转、纤维脱粘和纤维拔出;复合材料的主要制备方法是热压法、CVI法和聚合物浸渍裂解法;目前最有效的界面改性方法是纤维表面涂层。用氧化物纤维作为增韧体,研究更加简单适用于大规模生产的制备方法,研究更加简单的涂层工艺是今后研究纤维增强陶瓷基复合材料的重点。     

陶瓷基纤维复合材料的结构设计及制备

在陶瓷基复合材料研制过程中,材料设计是必须首先解决的问题。本文简要论述了陶瓷基纤维复合材料结构的设计条件及选材原则,并介绍了陶瓷基复合材料的制备工艺。     

Lanxide陶瓷基复合材料的研究进展

Lanxide熔融金属直接氧化技术是一种新型的复合材料制备技术,通过用预制体(颗粒、晶须、纤维等)增强所制备的复合材料具有高的体积稳定性、断裂韧性和强度,是目前材料科学领域的热点之一.本文就Lanxide技术及陶瓷基复合材料近年来的最新发展进行了概述.     

基于深度学习的平纹Cf/SiC复合材料原位拉伸损伤演化与断裂分析

为揭示平纹C_f/SiC复合材料的拉伸损伤演化及失效机理,开展了X射线CT原位拉伸试验,获得材料的三维重构图像,利用深度学习的图像分割方法,准确识别出拉伸裂纹并实现其三维可视化。分析了平纹C_f/SiC复合材料损伤演化与失效机理,基于裂纹的三维可视化结果对材料损伤进行了定量表征。结果表明:平纹C_f/SiC复合材料的拉伸力学行为呈现非线性,拉伸过程中主要出现基体开裂、界面脱黏、纤维断裂及纤维拔出等损伤;初始缺陷易引起材料损伤,孔隙多的部位裂纹数量也多;纤维束外基体裂纹可扩展至纤维束内部,并发生裂纹偏转。基于深度学习的智能图像分割方法为定量评估陶瓷基复合材料损伤演化与失效机理提供了有效分析手段。     

Tensile and fatigue behavior of oxide/oxide ceramic matrix composite with simulated foreign object damage in combustion environment

In this study, oxide/oxide ceramic matrix composite test coupons were quasi‐statically indented and tested for tensile strength and fatigue life in a combustion environment. The combustion environment simulated the gas turbine engine environment in an aircraft. Two different dent sizes were created on two different sets of test coupons with a blunt conical indentor. During mechanical testing, the combustion flame simultaneously impinged on the dent region resulting in a maximum test coupon surface temperature of 1250 ± 50°C. For a life of 90 000 cycles, the fatigue limit in the combustion environment was 85% of the postindentation degraded tensile strength. Microscopy images of the failed test coupons showed damage modes of fiber fracture and matrix cracking at the dent site. The run‐out test coupons which did not fail within 90 000 cycles showed residual strength that was not significantly different from that of their virgin counterparts.     

Effects of interface bonding properties on cyclic tensile behavior of unidirectional C/Si3N4 and SiC/Si3N4 composites

In this paper, the effect of fiber/matrix interface bonding properties on the cyclic loading/unloading tensile stress?strain hysteresis loops of 2 different ceramic‐matrix composites (CMCs), ie, C/Si₃N₄ and SiC/Si₃N₄, has been investigated using micromechanical approach. The relationships between the damage mechanisms (ie, matrix multicracking saturation, fiber/matrix interface debonding and fibers failure), hysteresis dissipated energy and internal frictional damage parameter have been established. The damage evolution processes under cyclic loading/unloading tensile of C/Si₃N₄ and SiC/Si₃N₄ composites corresponding to different fiber/matrix interface bonding properties have been analyzed through damage models and interface frictional damage parameter. For the C/Si₃N₄ composite with the weakest fiber/matrix interface bonding, the composite possesses the lowest tensile strength and the highest failure strain; the hysteresis dissipated energy increases at low peak stress, and the stress?strain hysteresis loops correspond to the interface partially and completely debonding. However, for the SiC/Si₃N₄ composite with weak interface bonding, the composite possesses the highest tensile strength and intermediate failure strain; and the hysteresis dissipated energy increases faster and approaches to a higher value than that of composite with the strong interface bonding.     

陶瓷在航空领域中的应用

论述了陶瓷材料在航空领域中的应用,介绍了国内外陶瓷材料的发展现状和趋势。