三维碳/碳化硅复合材料基体裂纹演化规律

摘要

该文以三维编织C/SiC复合材料微结构演化为背景,采用光学显微镜(LM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等分析手段,研究了不同界面相厚度的复合材料在三点弯曲测试中基体裂纹的扩展规律,以及基体裂纹扩展对蠕变过程的影响.主要结果如下:(1)研究表明,在原始3D C/SiC复合材料内部主要存在三种裂纹:热失配裂纹,纤维束间裂纹和基体分层裂纹,它们分别存在于纤维束内部,纤维束之间和纤维束表层.(2)3D C/SiC复合材料的力学性能和断裂模式与基体裂纹在界面相区的扩展方式密切相关.当界面相较薄时,基体裂纹能够迅速穿过界面相和纤维,复合材料具有较低的弯曲强度和断裂韧性,表现为脆性断裂模式;当界面相较厚时,复合材料能产生裂纹偏转、基体开裂等多种增韧方式,具有较高的弯曲强度和断裂韧性,呈韧性断裂模式.(3)3D C/SiC复合材料的减速蠕变阶段和稳态蠕变阶段分别对应着基体裂纹趋于饱和和逐渐张开这两个过程;横向基体裂纹是3D C/SiC复合材料宏观蠕变应变的主要贡献者,温度是影响横向裂纹张开速度的一个重要因素.(4)基体裂纹会在界面相区内的M/I界面、界面相内部和I/F界面等多个位置发生偏转.通过建立基体裂纹偏转模型,确立了基体裂纹在界面相区发生偏转的判据.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1陶瓷基复合材料

1.2 C/SiC复合材料

1.2.1 C/SiC复合材料的制备方法

1.2.2 C/SiC复合材料发展现状

1.2.3 C/SiC复合材料的应用前景

1.3陶瓷基复合材料基体裂纹研究

1.3.1基体裂纹对CMC复合材料应力-应变曲线的影响

1.3.2 CMC基体裂纹和蠕变性能之间的关系

1.3.3陶瓷基复合材料基体裂纹研究方法

1.4本文的选题依据和研究目标

第二章实验材料和方法

2.1试样制备

2.1.1原材料

2.1.2 3D C/SiC复合材料的制备过程

2.2研究内容

2.3试验方法及设备

2.3.1抗弯强度和抗弯弹性模量

2.3.2断裂韧性

2.3.3高温蠕变试验

2.4组织结构分析

第三章3D C/SiC复合材料基体中的裂纹

3.1试样的取样方式

3.1.1纤维束轴向结构的观察

3.1.2纤维束径向结构的观察

3.2原始试样的显微结构分析

3.3本章小结

第四章不同界面层厚度的3D C/SiC复合材料弯曲断裂特征

4.1界面相厚度对3D C/SiC复合材料力学性能的影响

4.2界面相厚度对3D C/SiC复合材料基体裂纹密度的影响

4.3界面相厚度对3D C/SiC复合材料断裂模式的影响

4.4 3D C/SiC复合材料弯曲断裂机制分析

4.4.1强界面结合复合材料弯曲断裂机制

4.4.2弱界面结合复合材料弯曲断裂机制

4.5本章小结

第五章3D C/SiC高温蠕变中基体裂纹演化规律

5.13D C/SiC复合材料的蠕变行为

5.2 3D C/SiC复合材料蠕变显微结构

5.2.1 3D C/SiC复合材料蠕变断口形貌

5.2.2 3D C/SiC复合材料蠕变试样表面裂纹

5.2.3 3D C/SiC复合材料蠕变试样内部裂纹

5.3 3D C/SiC复合材料中各组分的蠕变

5.3.1纤维的蠕变

5.3.2基体的蠕变

5.3.3界面相的蠕变

5.4 3D C/SiC复合材料高温蠕变机理

5.5本章小结

第六章陶瓷基复合材料基体裂纹在界面相区的偏转

6.1基体裂纹在界面相区两个界面的偏转

6.2建立模型

6.2.1基体裂纹的扩展条件

6.2.2基体裂纹在M/I界面的偏转

6.2.3基体裂纹在界面相区内的偏转

6.2.4基体裂纹在I/F界面的偏转

6.3本章小结

结论

致谢

参考文献

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