曹宇
,
刘荣军
,
曹英斌
,
龙宪海
,
严春雷
,
张长瑞
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.004
三维针刺碳毡经化学气相渗透（Chemical Vapor Infiltration, CVI）增密制备C/C素坯，通过气相渗硅（Gaseous Silicon Infiltration, GSI）制备C/C-SiC复合材料。研究素坯密度与CVI C层厚度及素坯孔隙率的变化规律，并分析素坯密度对C/C-SiC复合材料力学性能、热学性能的影响。结果表明：随着素坯密度增大，CVI C层变厚，孔隙率减小；C/C-SiC复合材料中残C量随之增大，残余Si量随之减小，SiC先保持较高含量（体积分数约40%），随后迅速降低，C/C-SiC复合材料密度逐渐减小，力学性能先增大后减小，而热导率及热膨胀系数降低至平稳。当素坯密度为1.085g/cm3时，复合材料力学性能最好，弯曲强度可达308.31MPa，断裂韧度为11.36MPa·m1/2。研究发现：素坯孔隙率较大时，渗硅通道足够，残余硅多，且CVI C层较薄，纤维硅蚀严重，C/C-SiC复合材料力学性能低；素坯孔隙率较小时，渗硅通道很快阻塞，Si和SiC含量少，而闭孔大且多，C/C-SiC复合材料力学性能也不高。
关键词:
C/C素坯
,
气相渗硅
,
C/C-SiC
,
CVI C
,
力学性能
刘荣军
,
曹英斌
,
龙宪海
,
杨会永
,
曹宇
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20151228.002
界面改性涂层对调节复合材料的力学性能起到重要作用。特别是在气相渗硅(GSI)制备 Cf/SiC复合材料时,合适的界面改性涂层一方面保护C纤维不受 Si反应侵蚀,另一方面调节 C 纤维和 SiC 基体的界面结合状况。通过在3D-C纤维预制件中制备先驱体浸渍-裂解(PIP)SiC涂层来进行界面改性,研究了 PIP-SiC涂层对 GSI Cf/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明：无涂层改性的 GSI Cf/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别为87.6 MPa、56.9 GPa 和2.1 MPa·m1/2。具有 PIP-SiC 界面改性涂层的Cf/SiC复合材料力学性能得到改善,PIP-SiC涂层改性后,GSI Cf/SiC 复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性随着PIP-SiC周期数的增加而降低,PIP-SiC为1个周期制备的 GSI Cf/SiC复合材料的力学性能最高,其弯曲强度、弯曲模量、断裂韧性分别为185.2 MPa、91.1 GPa 和5.5 MPa·m1/2。PIP-SiC 界面改性涂层的作用机制主要体现在载荷传递和“阻挡”Si的侵蚀2个方面。
关键词:
先驱体浸渍-裂解
,
SiC
,
界面改性
,
气相渗硅
,
Cf/SiC
曹宇
,
刘荣军
,
曹英斌
,
龙宪海
,
严春雷
,
张长瑞
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.004
三维针刺碳毡经化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration,CVI)增密制备C/C素坯,通过气相渗硅(Gaseous Sil-icon Infiltration,GSI)制备C/C-SiC复合材料.研究素坯密度与CVI C层厚度及素坯孔隙率的变化规律,并分析素坯密度对C/C-SiC复合材料力学性能、热学性能的影响.结果表明:随着素坯密度增大,CVI C层变厚,孔隙率减小;C/C-SiC复合材料中残C量随之增大,残余Si量随之减小,SiC先保持较高含量(体积分数约40％),随后迅速降低,C/C-SiC复合材料密度逐渐减小,力学性能先增大后减小,而热导率及热膨胀系数降低至平稳.当素坯密度为1.085g/cm3时,复合材料力学性能最好,弯曲强度可达308.31MPa,断裂韧度为11.36MPa·m1/2.研究发现:素坯孔隙率较大时,渗硅通道足够,残余硅多,且CVI C层较薄,纤维硅蚀严重,C/C-SiC复合材料力学性能低;素坯孔隙率较小时,渗硅通道很快阻塞,Si和SiC含量少,而闭孔大且多,C/C-SiC复合材料力学性能也不高.
关键词:
C/C素坯
,
气相渗硅
,
C/C-SiC
,
CVI C
,
力学性能
龙宪海
,
阳能军
,
王汉功
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2011.01.005
采用三点弯曲试样加载过程声发射监测实验,结合断口SEM观察及X射线能谱分析,考察了30CrMnSi合金钢延性断裂的整个物理过程.结果表明:30CrMnSi钢的断裂过程从宏观上可以分为裂尖塑性变形、裂纹亚临界扩展和裂纹失稳扩展三个阶段.其机理如下:裂尖塑性变形过程是位错的滑移、堆积而引起的孔洞形核和长大;裂纹亚临界扩展过程为韧窝之间的连通;裂纹失稳扩展过程则是晶体的大规模解理.随着延性断裂过程的进行,各阶段均呈现脆性断裂特征逐渐增强的趋势,表现为韧窝尺寸的减小和声发射高幅值信号的增加.断裂过程各阶段声发射信号特征明显,声发射技术是监测30CrMnSi钢断裂损伤发展的有效手段.
关键词:
高强度合金钢
,
声发射
,
断裂机理
,
断裂韧度
龙宪海
,
阳能军
,
王汉功
高分子材料科学与工程
对单向碳/环氧复合材料拉伸断裂过程进行了声发射监测,结合拉伸过程的细观力学分析,探讨了复合材料拉伸断裂的机理.结果表明,碳/环氧复合材料拉伸损伤过程可以分为三个阶段:弹性变形阶段、损伤发展与累积阶段和临近断裂阶段.弹性变形阶段基本无明显损伤发生;损伤发展与累积阶段主要是基体及界面损伤,该损伤先随载荷快速增大,到达峰值后又迅即减小;临近断裂阶段时声发射信号相对平静,但炭纤维开始发生集群损伤,这预示了灾难性断裂的到来.应用三维单胞模型,分析了引起各阶段损伤的原因.
关键词:
复合材料
,
声发射
,
细观力学
,
断裂机理
