纤维增韧碳化硅陶瓷复合材料 模拟、表征与设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1陶瓷材料 1

1.1.1陶瓷材料的断裂强度 1

1.1.2陶瓷材料的断裂韧性 2

1.2陶瓷基复合材料 3

1.2.1陶瓷材料的强韧化途径 3

1.2.2陶瓷材料的强韧化机理与效果 11

1.3连续纤维增韧陶瓷基复合材料原理 12

1.3.1连续纤维增韧陶瓷基复合材料的模量失配 12

1.3.2连续纤维增韧陶瓷基复合材料的强度 12

1.3.3连续纤维增韧陶瓷基复合材料的韧性 13

1.3.4连续纤维增韧陶瓷基复合材料的强韧性 15

1.3.5连续纤维增韧陶瓷基复合材料体系 19

1.4连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料 26

1.4.1 CFCC-SiC的制备方法 26

1.4.2 CVI制备CFCC-SiC的优势 29

1.5 CFCC-SiC的应用 32

1.5.1 CFCC-SiC的应用领域 32

1.5.2 CFCC-SiC面临的新挑战 42

1.6对CFCC-SiC改性研究的趋势 42

1.6.1 CFCC-SiC的自愈合改性 43

1.6.2难熔金属碳化物对CFCC-SiC的改性 44

1.6.3结构功能一体化 44

1.7 CFCC-SiC的模拟表征与优化设计 45

参考文献 45

第2章 连续纤维增韧碳化硅基复合材料的本征结构 53

2.1引言 53

2.2 CFCC结构的仿生描述 54

2.3 CFCC-SiC的结构单元 54

2.3.1纤维 58

2.3.2界面相 61

2.3.3基体 63

2.3.4表面涂层 65

2.4纤维预制体结构 65

2.5孔隙 68

2.6裂纹 70

2.7工艺路线对本征结构的影响 71

2.8 CFCC-SiC的本征结构特征 72

参考文献 73

第3章 连续纤维增韧碳化硅基复合材料的本征性能 75

3.1引言 75

3.2复合材料的内应力及其分布 75

3.3力学行为与性能测试 77

3.3.1非线性行为 78

3.3.2断裂韧性 79

3.3.3拉伸 81

3.3.4压缩和弯曲 87

3.3.5高温拉拉疲劳 93

3.3.6高温蠕变 98

3.4热物理性能 99

3.4.1热膨胀性能 99

3.4.2热扩散性能 100

3.4.3阻尼性能 103

3.4.4热辐射 106

3.5其他本征性能 109

3.5.1摩擦性能 109

3.5.2抗辐照性能 115

3.6 CFCC-SiC本征性能的特征 118

参考文献 118

第4章 CFCC-SiC环境性能的模拟测试 121

4.1引言 121

4.2环境性能模拟测试理论与方法 122

4.2.1相似理论 122

4.2.2分步模拟测试方法 124

4.2.3加速模拟测试方法 125

4.3航空发动机热结构材料的环境性能测试系统 126

4.3.1控制性环境因素 126

4.3.2静态气氛应力耦合环境性能测试设备 127

4.3.3动态燃气应力耦合环境性能测试设备 129

4.3.4航空发动机热结构材料环境性能测试系统的性能指标 131

4.4环境性能演变信息的在线获取方法 132

4.4.1材料应变的在线采集 132

4.4.2电阻变化的在线采集 133

4.4.3声发射信息的在线采集 134

4.5环境性能演变控制因素解耦的因素协同分析法 135

4.5.1环境性能演变控制因素的解耦实例 135

4.5.2理论基础 137

4.6环境性能模拟测试与解耦分析方法的评价 141

参考文献 142

第5章 CFCC-SiC的环境性能表征方法 146

5.1引言 146

5.2剩余环境性能的表征 146

5.2.1剩余强度表征方法 146

5.2.2剩余模量表征方法 148

5.2.3阻尼表征方法 150

5.3过程环境性能的表征 152

5.3.1失重率表征方法 152

5.3.2声发射表征方法 154

5.3.3电阻表征方法 158

5.4 CFCC-SiC环境性能表征方法的综合评价 159

参考文献 160

第6章 CFCC-SiC环境性能演变 162

6.1引言 162

6.2热物理化学环境中CFCC-SiC的性能演变 163

6.2.1氧分压的影响 163

6.2.2水分压的影响 166

6.2.3盐浓度的影响 167

6.2.4氧水耦合的影响 167

6.2.5氧盐耦合的影响 169

6.2.6水盐耦合的影响 169

6.2.7氧水盐耦合的影响 170

6.2.8热物理化学环境的影响本质与控制性因素 171

6.3热物理化学应力耦合环境中的性能演变 174

6.3.1应力大小的影响 174

6.3.2应力类型的影响 178

6.3.3应力的影响本质与控制性参数 185

6.4静态气氛应力热循环耦合环境中的性能演变 187

6.4.1热循环 187

6.4.2环境气氛对热循环的影响 193

6.4.3疲劳应力对热循环的影响 195

6.4.4热循环的影响本质与控制性因素 198

6.5动态燃气应力耦合环境中的性能演变 198

6.5.1加速系数的表征 199

6.5.2温度的影响 199

6.5.3流速的影响 201

6.5.4应力对加速系数的影响 204

6.5.5动态燃气环境因素的影响本质与控制性因素 204

6.6 CFCC-SiC的环境性能演变规律 205

参考文献 205

第7章 CFCC-SiC的环境损伤与失效机制 208

7.1引言 208

7.2 CFCC-SiC的环境失效机制 209

7.2.1 C／SiC在热物理化学环境单一因素中的损伤机理 209

7.2.2热物理化学环境的损伤控制因素 210

7.2.3静态气氛应力耦合环境下的损伤失效 212

7.2.4动态燃气应力耦合环境下的损伤失效 222

7.3 CFCC-SiC环境损伤演变和寿命预测模型 227

7.3.1环境因素对性能的影响 227

7.3.2应力和温度对微裂纹的控制模型 229

7.3.3含裂纹CFCC-SiC的氧化动力学模型 230

7.3.4静态气氛应力耦合环境的寿命预测 236

7.3.5动态燃气应力耦合环境的寿命预测 238

7.4 CFCC-SiC环境寿命预测的验证 239

7.4.1静态气氛应力耦合环境寿命预测的验证 239

7.4.2动态燃气应力耦合环境寿命预测的验证 241

7.4.3 CFCC-SiC寿命预测的有效性 242

7.5环境控制性要素与微结构控制单元 243

7.5.1热物理化学环境 243

7.5.2应力条件 243

7.6 CFCC-SiC损伤失效机制的综合表述 244

参考文献 249

第8章 CFCC-SiC的优化设计 250

8.1引言 250

8.2材料设计的两要素模型 250

8.3 CFCC-SiC的两要素设计过程 254

8.4 CFCC-SiC的制造过程模拟 255

8.4.1制备过程产物的热力学计算 256

8.4.2 CVI过程的多物理场耦合模拟 257

8.5 CFCC-SiC的服役过程模拟 269

8.5.1服役过程产物的热力学计算 269

8.5.2 CFCC-SiC环境性能的计算模拟 274

8.5.3 SiC氧化行为的分子模拟 278

8.6 CFCC-SiC优化设计的实验研究与验证 283

8.6.1 CFCC-SiC的界面相优化设计 284

8.6.2 CFCC-SiC表面涂层的优化设计 290

8.6.3 CFCC-SiC优化设计的实验验证 300

8.6.4 CFCC-SiC优化设计的启示 301

参考文献 302

附录 305

附录一 术语与符号 305

附录二 CFCC-SiC的连接性能 308

附录三 CFCC-SiC性能测试试样形状与尺寸 309

附录四 西北工业大学C／SiC复合材料性能统计资料 314