3D C/SiC复合材料在复杂环境试验中性能演变的两重性

用减压化学气相浸渗法(LPCVI)制备2组3D C/SiC复合材料,其中一组具有不同厚度的PyC界面层,另一组PyC界面层厚度一定,但经过热处理.对C/SiC复合材料在复杂环境中性能演变的两重性,即确定性和随机性进行了研究.结果表明,残余强度及其波动性对评价材料的环境适应性和可靠性是必需的.界面层和涂层是对氧化环境最敏感的微结构控制单元.以敏感度排序,3种环境参数依次是温度、气氛和应力.气氛参数的排序是氧气、水和盐,应力参数的排序是疲劳/蠕变,蠕变和疲劳.应力通过增加涂层裂纹及宽度从而加速复合材料的性能演变.氧化物薄膜有利于涂层裂纹封填,水能促进这种封填,然而疲劳/蠕变应力会使涂层裂纹封填失效.因此包括有氧气、水、疲劳和蠕变的环境是所有环境中最恶劣的.为了使复合材料具有自适应性,PyC的厚度应为最优,以提高热处理的效果;需保持适中的涂层氧化速率,以提高近表面抗氧化性.而适中的氧化速率是由温度和氧化气体分压来控制的.     

3D C/SiC复合材料喷管在小型固体火箭发动机中的烧蚀规律研究

采用小型固体火箭发动机研究了3D C/SiC复合材料喷管的烧蚀性能,分析了3D C/SiC的烧蚀机理及燃气参数对烧蚀性能的影响.结果表明,喷管喉部线烧蚀率为0.128±40.088mm/s,质量烧蚀率为0.166kg/(m2.s);受喷管内燃气组分、温度、压强和流速等环境参数的影响,3D C/SiC的烧蚀涉及不同机理的非均匀烧蚀.喉部及其上下游过渡区域烧蚀最严重,收敛段其次,扩散段烧蚀最弱.烧蚀过程是热物理化学侵蚀和机械剥蚀综合作用的结果:涉及SiC的分解流失,SiC和碳纤维的氧化烧蚀,还涉及低速Al2O3大粒子的机械化学侵蚀,高速Al2O3小粒子的机械侵蚀等.     

C/SiC表面SiC涂层氧化的显微CT无损检测与分析

对C/SiC复合材料表面SiC涂层在1300 ℃干氧和湿氧环境中退火处理60 h, 利用显微CT技术对高温氧化后的SiC涂层进行无损检测。通过重构SiC涂层不同深度的氧化形貌, 并利用SEM、EDS和XRD进行辅助验证, 得到沿SiC涂层表面和厚度方向的氧化形貌。结果表明: 显微CT能有效地检测氧化后SiC涂层中存在的氧化产物SiO₂及其氧化深度, 其在表面及深度方向均呈非均匀分布; 在干氧环境中SiC涂层的氧化面积沿着涂层的深度方向呈减少趋势, 而在湿氧环境中SiC涂层的氧化面积沿着涂层的深度方向呈先增加后递减的趋势, 验证了C/SiC复合材料表面SiC涂层在干氧和湿氧中不同的氧化机制。      

强噪声载荷下2D-C/SiC复合材料平板失效机理

2D-C/SiC复合材料壁板结构是高超声速飞行器热防护系统的发展方向,高超声速飞行器面临着严酷的力、热、噪声等复杂环境对结构材料性能、结构动力学特性、自动控制等都产生了严重影响。基于自行研制的热噪声试验系统,选取C/SiC薄壁结构试验件,开展噪声为156～165 dB的噪声试验,试验后通过红外热成像检测观察整体形貌,采用SEM对裂纹的起始位置和扩展位置的断面进行分析,揭示出强噪声激励下2D-C/SiC平板的失效机理。     

铍铝合金显微组织的评定方法

对粉末冶金工艺制备的铍铝合金显微组织的评定方法进行了探讨。提出对该合金显微组织评定的4个定量参数:铍聚集区的最大尺寸、铝相区的最大尺寸、铍相和铝相的面积分布、铍相和铝相的综合颗粒大小。建议在金相检验中对这四方面的特征进行测量,以提高对材料组织的监测能力。     

C/C复合材料在原子氧辐照下的结构性能演变

通过分析失重率、显微形貌变化讨论了原子氧辐照对C/C复合材料以及SiC基体改性C/C复合材料(C/C-SiC)的损伤机制; 并通过热膨胀系数(CTE)、热扩散率(TD)以及弯曲强度等性能的变化, 进一步讨论了原子氧辐照损伤对材料热物理及力学性能影响。结果表明, C/C复合材料受原子氧辐照损伤是物理化学综合作用, 属于冲击诱发-增强表面化学刻蚀; SiC组元表现出良好的抗原子氧侵蚀性能, 阻碍了原子氧向材料内部侵蚀, 但是SiC组元在更长时间辐照后出现机械破损; C/C复合材料在原子氧辐照下失重率呈线性增加, 而C/C-SiC复合材料失重率小于C/C复合材料且增长幅度越来越小; C/C复合材料和C/C-SiC复合材料的整体结构性能在辐照损伤后发生了一定变化。     

应力氧化环境中3D C_f/SiC复合材料损伤演变

以裂纹的产生和扩展为线索,通过扫描电镜研究了疲劳氧化环境中3DCf/SiC复合材料损伤演变特征。结果表明:应力氧化环境中3DCf/SiC复合材料的损伤形式主要为:基体开裂,界面相脱粘和氧化以及纤维的氧化与断裂。基体开裂为氧化性气体与复合材料内部的界面相和纤维反应提供通道。界面相脱粘和氧化导致纤维伸长量增加,促使裂纹扩展。纤维氧化断裂和裂纹张开扩展相互促进,形成了裂纹扩展的动力。     

化学气相沉积碳化锆涂层的研究进展

碳化锆具有众多优异的性能,能够适应超高音速飞行、再入大气和火箭推进系统等复杂、苛刻的极端环境,是最具应用潜力的超高温材料之一。综述了化学气相沉积制备碳化锆涂层,介绍了取得的研究成果和存在的问题,指出了今后的研究目标和发展方向。     

2D C/SiC复合材料在1300℃水氧环境下的疲劳行为研究

采用应力比为0．1,频率为3Hz的正弦波分别在室温和1300℃水氧环境对2DC／SiC复合材料进行了拉一拉疲劳试验．结果表明,若取循环基数为10^5,室温和高温水氧环境下的疲劳极限分别为244．8MPa和93．3MPa,高温下的水氧腐蚀是材料失效的主要原因．根据疲劳断口特征分析得出以下结论：在高温水氧环境下,足够大的外载荷将会显著削弱SiO2层的封填裂纹效果,导致氧化性气氛通过外力拉开的微裂纹扩散进入材料内部．外载荷越大,气体在材料内部的扩散越快,复合材料的疲劳寿命越短。