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。     

2D-C/SiC缺口试样的拉-拉疲劳损伤

研究了二维正交编织C/SiC双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2D-C/SiC复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.     

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。     

直流脉冲电流对4043铝合金拉伸硬化的影响

低成本消除加工硬化,愈合损伤对轧制材料具有重要意义。本文将4043铝合金在介于其名义屈服强度和强度极限之间的某一应力下进行拉伸,造成拉伸硬化和损伤后,用直流脉冲电流处理。结果表明:随着脉冲处理时间的增加,试件延伸率增加,名义屈服强度和强度极限减小;0.5 s脉冲处理试样的力学性能十分接近未损伤试样的性能;光学显微照片显示同一位置上的损伤得到部分愈合。试样拉伸造成一定损伤后,其电阻值有明显增加;脉冲电流处理后电阻减小,但没有恢复到拉伸前的电阻值。经过不同时间的脉冲处理后,其电阻值十分接近,但是力学性能差异较大,表明电阻值对材料的力学性能不十分敏感,不能完全依赖电阻值判定材料的力学性能。     

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。     

分形维数和弹性模量衰减表征2D-C/SiC的拉伸蠕变损伤

真空条件对2D—C／SiC复合材料在1300℃和1500℃进行了高温拉伸蠕变试验，蠕变进行到0、0．5h、2h、10h、25h、50h中断试验，用SEM观察表面形貌，用盒维数法计算试样表面裂纹的分形维数；同时测量试样的弹性模量。结果表明，由于2D—C／SiC特有的蠕变损伤形式，所形成的损伤尺度都较短，其分形维数介于0～1之间。用分形维数和弹性模量衰减都可表征2D—C／SiC的蠕变损伤，两种损伤参量所描述的蠕变损伤总的发展趋势基本一致，即蠕变开始阶段损伤发展较快，随后进入缓慢发展的第二阶段。在第二阶段中，分形维数表征的损伤持续单调增加；而用弹性模量衰减表征的损伤在该阶段出现先下降随后升高的现象。以基体裂纹为主要损伤形式的条件下。分形维数主要反映蠕变试样局部的损伤，而弹性模量衰减反映的是蠕变试样整体的损伤。     

碳／碳复合材料的氧化与防护

碳/碳复合材料的氧化敏感性限制了它的应用,为满足未来宇航飞行器等对高温结构材料的需要,必须彻底解决碳/碳复合材料的氧化防护问题。本文在认真分析碳/碳复合材料氧化过程的基础上,全面总结了提高碳/碳复合材料的抗氧化途径,其具体方法包括:材料内部结构、纤维、基体的改进和用各种方法在其表面施加保护涂层。同时,进一步发现:一种包括硼酸盐玻璃作内涂层,以SiC、Si_3N_4、SiO_2等作为外涂层的多层涂层系统,能在1700℃以下对碳/碳复合材料提供较好的防护。     

高强度马氏体钢(30CrMnSiNi2A)的塑性变形、微裂纹形成与疲劳无裂纹寿命

我们用光学显微镜、电子显微镜和冲击-疲劳试验机研究了高强度马氏体钢30CrMnSiNi2A的组织、塑性变形、微裂纹形成和疲劳无裂纹寿命。实验结果表明,30CrMnSiNi2A钢经油淬和马氏体区等温淬火,其组织主要是板条状马氏体。在疲劳裂纹顶端塑性区内观察到所谓的“形变浮凸”;形变浮凸的位向和尺寸与马氏体板条的位向和尺寸有着严格的对应关系。据此,可以认为,形变浮凸的形成是马氏体板条相互滑动的结果;马氏体板条的相对滑动是板条状马氏体组织塑性变形的一种重要模型。当马氏体板条间的滑动量超过某一极限值时,将沿马氏体板条间界开裂而形成微裂纹。残留奥氏体的薄层夹在马氏体板条之间,会使马氏体板条易于滑动,因而降低钢的屈服强度,促使微裂纹形成,缩短疲劳无裂纹寿命。切口根部的局部予应变对疲劳无裂纹寿命有巨大的影响;反向予应变缩短疲劳无裂纹寿命。正向予应变则大大延长疲劳无裂纹寿命。