復(fù)合材料手冊(cè)第5卷：陶瓷基復(fù)合材料

第1章 總論 3
1.1 手冊(cè)介紹 3
1.2 手冊(cè)內(nèi)容概述 4
1.3 第5卷內(nèi)容及工作組簡(jiǎn)介 5
1.3.1 第5卷內(nèi)容簡(jiǎn)介 5
1.3.2 陶瓷基復(fù)合材料工作組的目標(biāo) 5
1.4 目的 7
1.5 范圍 8
1.5.1 第1部分:指南 9
1.5.2 第2部分:設(shè)計(jì)和保障 9
1.5.3 第3部分:測(cè)試 9
1.5.4 第4部分:數(shù)據(jù)要求和數(shù)據(jù)集 9
1.6 文件的使用和限制 10
1.6.1 信息來(lái)源 10
1.6.2 數(shù)據(jù)的使用和應(yīng)用指導(dǎo) 10
1.6.3 強(qiáng)度性能和許用值的術(shù)語(yǔ) 11
1.6.4 參考文獻(xiàn)的使用 11
1.6.5 商標(biāo)和產(chǎn)品名的使用 11
1.6.6 毒性?對(duì)健康的危害和安全性 11
1.6.7 消耗臭氧的化學(xué)物質(zhì) 11
1.7 批準(zhǔn)程序 12
1.8 符號(hào)?縮寫(xiě)以及單位制 12
1.8.1 符號(hào)和縮寫(xiě) 13
1.8.2 單位制 31
1.9 定義 33
參考文獻(xiàn) 55
第2章 背景和概述 56
2.1 背景 56
2.2 CMC結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 57
2.3 手冊(cè)目標(biāo) 60
參考文獻(xiàn) 61
第3章 工藝?表征和制造 66
3.1 CMC體系?工藝?性能和應(yīng)用 66
3.1.1 CMC在航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端及排氣部件上的應(yīng)用 66
3.1.2 CMC體系?制備工藝及性能 68
3.1.3 SiC/SiC CMC體系 69
3.1.4 氧化物/氧化物CMC體系 83
3.2 纖維增強(qiáng)材料的類(lèi)型和技術(shù) 89
3.2.1 引言 89
3.2.2 氧化物基陶瓷纖維 89
3.2.3 硅基陶瓷纖維 97
3.3 界面相/界面技術(shù)和方法 108
3.3.1 引言 108
3.3.2 界面相組成 113
3.3.3 總結(jié) 118
3.4 纖維架構(gòu)的制造和成型 119
3.4.1 引言 119
3.4.2 纖維制造商 119
3.4.3 纖維鋪設(shè)技術(shù)與設(shè)備 119
3.4.4 纖維編織 121
3.4.5 纖維結(jié)構(gòu)選擇 124
3.4.6 計(jì)算機(jī)建模與仿真 139
3.4.7 織物機(jī)織和編織廠(chǎng)商 140
3.5 外部防護(hù)涂層 141
3.5.1 非氧化物CMC的外部防護(hù)涂層 141
3.5.2 氧化物CMC的外部防護(hù)涂層 177
3.6 表征方法 195
3.6.1 引言 195
3.6.2 樣品制備 195
3.6.3 光學(xué)顯微鏡 195
3.6.4 掃描電子顯微鏡 197
3.6.5 微觀(guān)結(jié)構(gòu)表征 198
3.6.6 三維微觀(guān)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià) 202
3.6.7 應(yīng)用微焦X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層成像的微觀(guān)結(jié)構(gòu)表征 203
3.7 無(wú)損評(píng)定方法(缺陷表征) 204
3.7.1 需求和要求 206
3.7.2 無(wú)損檢測(cè)方法 207
3.7.3 材料狀態(tài)和缺陷 226
3.7.4 轉(zhuǎn)換/實(shí)施問(wèn)題 230
3.7.5 檢測(cè)驗(yàn)證 234
3.8 加工 236
3.8.1 引言 236
3.8.2 常規(guī)加工 237
3.8.3 超聲加工 240
3.8.4 水射流加工 242
3.8.5 磨削加工 247
3.8.6 激光加工 248
3.8.7 電火花加工 249
參考文獻(xiàn) 250
第4章 材料和生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制 272
4.1 引言 272
4.2 材料采購(gòu)的質(zhì)量保證程序 272
4.2.1 規(guī)范和文件 272
4.2.2 供應(yīng)商層面控制 273
4.2.3 用戶(hù)層面控制 274
4.3 部件制造驗(yàn)證 276
4.3.1 過(guò)程驗(yàn)證 276
4.3.2 無(wú)損檢測(cè) 278
4.3.3 破壞性試驗(yàn) 279
4.4 材料和工藝的變更管理 281
4.4.1 引言 281
4.4.2 新材料或新工藝的驗(yàn)證 281
4.4.3 差異與風(fēng)險(xiǎn) 283
4.4.4 生產(chǎn)成熟度 287
第5章 應(yīng)用?工程案例及經(jīng)驗(yàn) 290
5.1 1974—1995年聯(lián)合技術(shù)公司CerCompTM  CMC的研發(fā)及測(cè)試歷程 290
5.1.1 概述 290
5.1.2 引言 290
5.1.3 制備過(guò)程 291
5.1.4 模擬環(huán)境及地面裝機(jī)考核 291
5.1.5 結(jié)論 295
5.2 SiC/SiC CMC燃燒室襯套研發(fā)及地面裝機(jī)考核 295
5.2.1 概述 295
5.2.2 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?研發(fā)策略及研發(fā)進(jìn)度 296
5.2.3 CMC襯套設(shè)計(jì) 298
5.2.4 陶瓷基復(fù)合材料模擬環(huán)境考核 299
5.2.5 CMC地面裝機(jī)考核 300
5.3 氧化物/氧化物CMC燃燒室襯套研發(fā)及地面裝機(jī)考核 309
5.3.1 概述 309
5.3.2 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)?研發(fā)策略和研發(fā)進(jìn)度 310
5.3.3 混雜氧化物CMC襯套的設(shè)計(jì)與制造 312
5.3.4 混雜氧化物CMC襯套模擬環(huán)境考核 313
5.3.5 混雜氧化物CMC襯套發(fā)動(dòng)機(jī)模擬環(huán)境考核 315
5.3.6 考核后檢測(cè) 318
參考文獻(xiàn) 322
第6章 設(shè)計(jì)與分析 327
6.1 引言 327
6.2 應(yīng)用和設(shè)計(jì)需求的定義 327
6.2.1 重要程度分類(lèi)及范例 327
6.2.2 確立設(shè)計(jì)的需求(載荷?環(huán)境?壽命周期?持續(xù)時(shí)間等) 327
6.2.3 驗(yàn)證方案(驗(yàn)證及校驗(yàn)矩陣) 327
6.3 設(shè)計(jì)與分析的考慮因素?選擇和方法 327
6.3.1 纖維類(lèi)型 327
6.3.2 纖維形態(tài)與預(yù)制體 328
6.3.3 涂層及界面相 329
6.3.4 基體類(lèi)型 329
6.3.5 考慮因素的選擇 330
6.3.6 制造工藝的選擇 330
6.3.7 輸入屬性的定義 330
6.4 材料與部件的模擬分析驗(yàn)證 330
6.4.1 全局有限元分析及局部微觀(guān)模型 330
6.4.2 靜力學(xué)?屈曲及振動(dòng)分析 330
6.4.3 壽命預(yù)測(cè)或壽命終止屬性的應(yīng)用 330
6.4.4 環(huán)境因素對(duì)結(jié)構(gòu)性能及壽命的影響 330
6.4.5 失效模式及影響分析 331
6.4.6 耐久性及損傷容限 331
6.4.7 熱-力耦合模型 331
6.4.8 氧化-力耦合模型 331
6.4.9 線(xiàn)性及非線(xiàn)性失效分析 331
6.4.10 確定性及隨機(jī)性分析方法 332
6.5 試驗(yàn)驗(yàn)證 332
6.5.1 材料性能測(cè)試及許用值(試樣/元件試驗(yàn)) 332
6.5.2 典型設(shè)計(jì)特征(典型件試驗(yàn)) 332
6.5.3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)(零件試驗(yàn)) 332
6.5.4 全尺寸結(jié)構(gòu)驗(yàn)證(部件試驗(yàn)) 332
參考文獻(xiàn) 332
第7章 維修與保障 333
7.1 檢查能力 333
7.2 損傷及損傷容限 333
7.3 維修 333
7.4 壽命限制及標(biāo)識(shí)牌 333
7.5 認(rèn)證證明包 333
第8章 熱-力-物理試驗(yàn)方法———總覽 337
8.1 引言 337
8.1.1 積木式方法 337
8.1.2 試驗(yàn)級(jí)別和數(shù)據(jù)的使用 338
8.2 試驗(yàn)計(jì)劃的編制 340
8.2.1 概述 340
8.2.2 基于統(tǒng)計(jì)性能的基準(zhǔn)方法和替代方法 340
8.2.3 數(shù)據(jù)等同問(wèn)題 340
8.2.4 試驗(yàn)方法選擇 340
8.2.5 母體樣本和規(guī)模 341
8.2.6 材料和工藝的差異 341
8.2.7 材料使用極限 341
8.2.8 非大氣環(huán)境試驗(yàn) 341
8.2.9 數(shù)據(jù)歸一化 341
8.2.10 數(shù)據(jù)文件 341
8.2.11 應(yīng)用情況所特有的試驗(yàn)要求 341
8.3 推薦的試驗(yàn)矩陣 341
8.3.1 材料篩選 341
8.3.2 材料驗(yàn)證 342
8.3.3 材料驗(yàn)收試驗(yàn)矩陣 343
8.3.4 替代材料等同性實(shí)驗(yàn)矩陣 343
8.3.5 一般材料/結(jié)構(gòu)元件試驗(yàn)矩陣 343
8.3.6 基準(zhǔn)值的替代方法 343
8.3.7 作為CMH -17基準(zhǔn)值的數(shù)據(jù)證實(shí) 343
8.4 數(shù)據(jù)處理和文件要求 343
8.4.1 引言 343
8.4.2 由復(fù)合材料得出的單層性能 343
8.4.3 數(shù)據(jù)歸一化 343
8.4.4 數(shù)據(jù)文件的要求 346
第9章 提交CMH-17數(shù)據(jù)用的材料性能試驗(yàn)和表征 347
9.1 引言 347
9.2 材料和工藝規(guī)范要求 347
9.3 數(shù)據(jù)取樣的要求 347
9.4 試驗(yàn)方法的要求 347
9.4.1 熱性能 347
9.4.2 力學(xué)性能 353
9.4.3 物理性能 370
9.4.4 化學(xué)性能 374
9.4.5 電學(xué)性能 374
9.4.6 環(huán)境試驗(yàn) 374
第10章 增強(qiáng)體評(píng)估 376
10.1 引言 376
10.2 力學(xué)性能 376
10.2.1 彈性(泊松比?模量) 376
10.2.2 強(qiáng)度 376
10.2.3 蠕變/蠕變斷裂 376
10.2.4 疲勞 376
10.3 熱性能 376
10.3.1 熱膨脹系數(shù) 376
10.3.2 熱導(dǎo)率 376
10.3.3 環(huán)境(腐蝕?侵蝕?磨損等) 376
10.3.4 氧化 376
第11章 基體材料評(píng)估 377
11.1 引言 377
11.2 力學(xué)性能 377
11.2.1 彈性(泊松比?模量) 377
11.2.2 強(qiáng)度 377
11.2.3 蠕變/蠕變斷裂 377
11.2.4 疲勞 377
11.3 熱性能 377
11.3.1 熱膨脹系數(shù) 377
11.3.2 熱導(dǎo)率 377
11.3.3 環(huán)境(腐蝕?侵蝕?磨損等) 377
11.3.4 氧化 377
11.3.5 其他物理性能(粉末或預(yù)制體性能) 377
第12章 界面材料評(píng)估 378
第13章 復(fù)合材料評(píng)估 379
13.1 密度 379
13.1.1 適用性 379
13.1.2 測(cè)試方法 380
13.1.3 密度測(cè)試的注意事項(xiàng) 381
13.1.4 分析方法 383
13.1.5 數(shù)據(jù)報(bào)告 383
13.2 纖維體積分?jǐn)?shù) 383
13.3 CTE 383
13.4 擴(kuò)散性 383
13.5 比熱容 383
13.6 拉伸 383
13.6.1 適用范圍 383
13.6.2 測(cè)試方法 383
13.6.3 平面內(nèi)拉伸測(cè)試的注意事項(xiàng) 384
13.6.4 樣品制備 385
13.6.5 環(huán)境 385
13.6.6 測(cè)試次數(shù) 386
13.7 壓縮 386
13.8 彎曲 386
13.9 剪切 386
13.9.1 適用范圍 386
13.9.2 測(cè)試方法 386
13.9.3 剪切測(cè)試注意事項(xiàng) 387
13.9.4 樣品制備 390
13.9.5 環(huán)境 390
13.9.6 測(cè)試次數(shù) 391
13.10 層間拉伸 391
13.11 缺口 391
13.11.1 缺口測(cè)試方法 391
13.11.2 缺口測(cè)試的注意事項(xiàng) 391
13.12 層間斷裂韌性 392
13.13 裂縫擴(kuò)展 392
13.14 蠕變 392
13.15 疲勞 392
13.16 TMF - 熱機(jī)械疲勞 392
13.17 磨損 392
13.18 軸承 392
13.19 雙向測(cè)試 393
參考文獻(xiàn) 393
第14章 組合件試驗(yàn)——問(wèn)題綜述 394
14.1 引言 394
14.2 連接試驗(yàn) 394
14.2.1 定義 394
14.2.2 失效模式 394
14.2.3 熱效應(yīng) 394
14.2.4 連接構(gòu)型 394
14.2.5 設(shè)計(jì)要求 394
14.2.6 材料擠壓強(qiáng)度 394
14.2.7 開(kāi)孔拉伸/壓縮強(qiáng)度 394
14.2.8 熱-機(jī)械疲勞強(qiáng)度 394
14.2.9 蠕變和應(yīng)力斷裂 394
14.2.10 緊固件驗(yàn)證試驗(yàn) 395
14.3 管 395
第15章 機(jī)械加工和研磨 396
15.1 引言 396
15.2 機(jī)械加工考慮事項(xiàng) 396
15.3 模具要求 396
15.4 試驗(yàn)件制備 396
第16章 數(shù)據(jù)的提交?格式和要求 399
16.1 引言 399
16.2 數(shù)據(jù)提交要求 400
16.2.1 材料和工藝規(guī)范要求 401
16.2.2 采樣要求 401
16.2.3 測(cè)試方法要求 401
16.2.4 數(shù)據(jù)文件要求 402
16.3 格式和單位 406
16.4 設(shè)計(jì)特性 407
第17章 統(tǒng)計(jì)方法 408
17.1 引言 408
17.2 背景 408
17.2.1 基于統(tǒng)計(jì)的設(shè)計(jì)許用值 408
17.2.2 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)值 408
17.2.3 批次間存在差異時(shí)的基準(zhǔn)值(結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)) 409
17.2.4 計(jì)算軟件 409
17.3 基于統(tǒng)計(jì)的材料特性的計(jì)算 409
17.3.1 多批次/環(huán)境數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程指南 409
17.3.2 使用單點(diǎn)法的計(jì)算過(guò)程指南 412
17.3.3 材料性能的長(zhǎng)時(shí)間變化 414
17.4 材料等效性和材料驗(yàn)收的統(tǒng)計(jì)方法 414
17.4.1 確定同一材料的現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)和新數(shù)據(jù)集之間是否等效的測(cè)
試 414
17.4.2 過(guò)程控制的統(tǒng)計(jì)步驟 418
參考文獻(xiàn) 422
第18章 CMC性能數(shù)據(jù) 423
18.1 引言 423
18.1.1 手冊(cè)中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu) 423
18.1.2 數(shù)據(jù)的表述 423
18.2 CMC體系-性能數(shù)據(jù) 432
18.3 CMC體系-已有數(shù)據(jù) 432
18.3.1  9/99 EPM SiC/SiC 432
18.3.2  增強(qiáng)SiC/SiC  438
18.3.3  C/SiC        448
18.3.4  Hi-Nicalon/SiC(MI) 458
18.3.5  AS- N720 -1    464
18.3.6  Sylramic S-200  474
附錄A  LCF和破壞載荷中剩余強(qiáng)度減縮公式推導(dǎo)  483
索引 487