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研究综述
摘要： 高马赫数飞行带来的极端服役环境对新一代高速飞行器的材料、结构设计提出了更加严苛的要求，本文从“选、用、评”三方面对陶瓷基复合材料在飞行器结构设计中的应用进行综述，进而提出未来发展方向，为飞行器陶瓷基复合材料结构设计提供参考。全面综述了陶瓷基复合材料在不同应用场景下的选取准则及相应制备方法，系统介绍了陶瓷基复合材料在飞行器结构中的典型应用，分析了近服役工况下材料的评价准则及地面实验方法。为满足未来飞行器需求，提出需要结合计算机辅助优化技术和创新制备方法，提高陶瓷基复合材料的耐温和抗疲劳性能；发展高可靠、长寿命的连接技术和一体成型设计方案，充分发挥材料优势；开发多物理场耦合作用下的原位表征技术，以获得陶瓷基复合材料在实际使用中的性能演化行为，为飞行器轻量化结构设计提供可靠依据。
研究综述
摘要： 归纳总结稀土铪酸盐材料的种类、制备方法、热学性能、力学性能以及抗低熔点氧化物熔盐腐蚀（CMAS）和高温水蒸气腐蚀的研究进展。现有研究表明，稀土铪酸盐具有低热导率、优异的高温相稳定性以及较好的抗CMAS腐蚀性能等特点，在T/EBC涂层领域展现了较好的应用前景。但为了克服单一稀土铪酸盐在抗水蒸气腐蚀和CMAS方面的局限，未来仍需针对多稀土组元/高熵化的稀土铪酸盐开展系统研究，进一步明晰组元引起的晶格畸变对材料理化性能的影响机制，探索防热、抗水蒸气腐蚀和抗CMAS等功能一体化的铪酸盐热-力-化多性能耦合调控方法及对应的材料制备工艺。
研究论文
摘要： 陶瓷纤维海绵具有密度低、比表面积高、孔隙率高、热稳定性好、隔热性能优异等特点，有望成为隔热、阻燃、吸水、能量转换等领域极具发展前景的商业陶瓷材料。本文总结了三维静电纺丝、气流纺丝和离心纺丝等直接组装方法，综述了直接纺丝法制备陶瓷纤维海绵的研究进展，分析了陶瓷纤维海绵面临生产效率较低的问题，最后提出陶瓷纤维海绵未来发展方向为：（1）提高生产效率、降低生产成本、批量生产形状可控的陶瓷纤维海绵；（2）提高高温隔热性能，促进陶瓷纤维海绵在防隔热领域的应用；（3）提升结构稳定性，制备具有高弹性、柔韧性以及抗疲劳性的陶瓷纤维海绵；（4）研发具有光、电磁等特殊功能的陶瓷纤维海绵材料，扩大陶瓷纤维海绵的应用范围。
研究论文
摘要： 以固相烧结法制备的Yb2Si2O7粉体作为原材料，采用大气等离子喷涂工艺在SiC基体表面制备Si/Mullite+BSAS/Yb2Si2O7三层结构环境障涂层。利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪、纳米压痕试验机等设备研究涂层的显微组织、相结构和力学性能。结果表明：粉体材料由83% Yb2Si2O7相和17% Yb2SiO5相（质量分数）组成，等离子喷涂获得的Yb2Si2O7层孔隙率为（6.61±0.65）%，涂层结合强度达（22.82±3.55） MPa，涂层断裂韧度达（1.98±0.12） MPa·m1/2。此外，涂层1350 ℃条件下水氧耦合腐蚀测试结果显示Yb2Si2O7单斜相含量先降低后提高，硅黏结层高温氧化形成的热生长氧化物SiO2与Mullite+BSAS界面相容，未发现Mullite+BSAS与Yb2Si2O7层互扩散现象，硅层的损耗是涂层使用寿命的主要限制环节。
研究论文
摘要： 航空发动机中的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiCf/SiC）因承受高温高速燃烧气体的氧化腐蚀而发生损伤甚至失效。本工作利用燃气发生装置模拟航空发动机中复杂燃气环境，将以一定比例混合后的航空煤油与液氧燃料点燃，形成高温高速燃烧气体对材料进行考核。对SiCf/SiC复合材料分别进行1200 ℃燃气环境10 h氧化实验和1000次热冲击实验，探究环境屏障涂层（environmental barrier coating，EBC）对SiCf/SiC复合材料的防护作用。对燃气环境考核后的SiCf/SiC复合材料和SiCf/SiC-EBC复合材料进行单轴拉伸强度测试，并利用扫描电镜对其断口及截面微观形貌进行观察。结果表明：在燃气环境下氧化 10 h后，SiCf/SiC复合材料和SiCf/SiC-EBC复合材料内部没有发生明显的界面层及纤维氧化，单轴拉伸强度下降不到2%；在燃气环境下经过1000次热冲击后，在SiCf/SiC复合材料内部形成多处微裂纹并发生了界面层的氧化腐蚀，单轴拉伸强度下降41.3%；EBC涂层可以有效保护SiCf/SiC复合材料免受高温燃气的氧化腐蚀，SiCf/SiC-EBC复合材料在经过1000次热冲击后的单轴拉伸强度下降16.6%。
研究论文
摘要： 分别采用熔渗（melt infiltration，MI）工艺、化学气相渗透结合前驱体浸渍裂解（chemical vapor infiltration combined with precursor infiltration and pyrolysis，CVI+PIP）工艺及前驱体浸渍裂解（precursor infiltration and pyrolysis，PIP）工艺制备SiCf/SiC复合材料，采用扫描电镜及其附带的能谱仪、X射线衍射仪等表征分析不同工艺制备的SiCf/SiC复合材料在1300 ℃水氧环境腐蚀前后的微观结构、组成及性能变化。结果表明：不同工艺制备的复合材料氧化后断口氧元素分布有明显不同，氧化后的物相与制备工艺密切相关；经1300 ℃/50 h水氧腐蚀后，MI工艺制备的SiCf/SiC复合材料强度保留率为84%，模量保留率为76%；CVI+PIP工艺制备的SiCf/SiC复合材料强度保留率为64%，模量增加6%；PIP工艺制备的SiCf/SiC复合材料强度保留率为49%，模量增加17%；MI工艺制备的复合材料表现为氧化增重，而采用CVI+PIP及PIP工艺制备的复合材料表现为氧化失重，主要与其微观结构及组成相关。
研究论文
摘要： 结合上浆及二维编织技术制备部分包覆结构F-3、F-4、F-5连续氧化铝纤维缝纫线，使用自研实验装置研究包覆结构对缝纫线与针孔间磨损行为的影响。使用3D轮廓仪表征不同包覆结构缝纫线的轮廓外观和摩擦作用下的损伤形态演变；通过拉伸性能测试，表征缝纫线在不同摩擦次数下的强度保持率；通过磨断次数来评价缝纫线在不同实验参数下的磨损性能。结果表明：包覆工艺参数的变化影响缝纫线表面轮廓的起伏状态，导致磨损后断口产生的毛羽长度随着包覆纱根数的增多和编织节距的增加而增大；相比原纱和浆纱，缝纫线的耐磨性显著提高；随着摩擦次数的增加，缝纫线拉伸强度保持率均呈现快速下降后趋于平缓的趋势，当摩擦次数达到30次时，F-3、F-4、F-5缝纫线拉伸强度保持率分别为12.89%、28.82%、18.35%；随着摩擦距离、纱线张力的增加，摩擦角度的减小，缝纫线的磨断次数逐渐下降。
研究论文
摘要： 陶瓷基复合材料（ceramic matrix composites，CMC）涡轮动叶榫头是动叶装配与承受离心载荷的关键。为了研究熔渗工艺制备CMC榫头在叶片旋转径向拉伸载荷下的力学行为，验证榫头内部质量对其静拉伸强度与破坏模式的影响，设计并制备燕尾形CMC高压涡轮动叶榫头元件试件，对其进行单轴静态拉伸实验，采用X射线CT无损检测对实验前试件内部质量进行扫描，采用DIC与声发射方法对实验过程进行监测。结果表明：燕尾形CMC榫头在单轴静态拉伸下保持完好接触，其静态拉伸强度与破坏模式对其内部质量（尤其是分层缺陷）非常敏感。试件不含分层缺陷时，损伤起始于榫头颈部，并迅速扩展，损伤起始载荷与最大破坏载荷接近，断口呈横向锯齿状；试件内部含分层缺陷时，损伤起始于缺陷，分层逐渐扩展并导致试件断裂，损伤起始载荷下降99.05%，最大破坏载荷下降14.29%，断口位置与分层缺陷一致。
