高温氧化和铺层方式对c_sic复合材料力学性能的影响

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1、学校代码10530学号201510131298分类号TB35密级公开硕士学位论文高温氧化和铺层方式对C/SiC复合材料力学性能的影响学位申请人马晓磊指导教师毛卫国教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向材料测控技术与装备二零一八年五月Effectsofhigh-temperatureoxidationandfiberangleonmechanicalpropertiesofC/SiCcompositesCandidateXiaoLeiMaSupervisorProfessorWeiguo

2、MaoCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialmeasurement-controltechnologyandequipmentSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学硕士学位论文湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导

3、下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制

4、手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学硕士学位论文摘要C/SiC复合材料以高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀和抗氧化性等一系列的优异性能成为了高超音速热防护系统、航空航天工业和武器系统应用中的候选材料，其应用越来越广泛。为进一步提高C/SiC复合材料构件的服役性能和可靠性，亟待发展先进的实验技术和实验装备，系统研究高温服役环境对C/SiC复合材料性能的影响。本文进一步完善了基于数字图像相关法的材料高温力学性能原位试验系统；采用先驱体浸渍裂解法制备了

5、不同铺层方式的C/SiC复合材料样品，研究了铺层方式对C/SiC复合材料弯曲性能的影响；为进一步指导高温原位测试，系统研究了测试温度和氧化时间对C/SiC复合材料弯曲性能的影响；最后在氩气高温环境下原位表征了C/SiC复合材料弯曲性能。本文结果对进一步优化C/SiC复合材料制备工艺、预测高温力学性能演变提供了重要参考。主要内容归纳如下：第一，开展了高温氧化对不同纤维排布方式的C/SiC复合材料力学性能和断裂机制的研究。采用先驱体浸渍裂解法（PIP）制备纤维排布分别为［0°/90°］，［－45°/+45°］和

6、［30°/60°］的3种不同编织预制体的C/SiC复合材料，结合DIC测试系统研究了高温氧化对不同碳纤维铺层排布方式的C/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明：高温氧化对C/SiC复合材料力学性能影响很大，随着温度的升高，材料的断裂强度逐渐减小。随着氧化温度上升到1600ºC，［30°/60°］排布方式C/SiC的断裂强度由常温下的491.19MPa减小到179.22MPa，［－45°/+45°］和［0°/90°］铺层的样品断裂强度分别由433.51MPa减小到193.80MPa和463.84MPa减小到

7、244.42MPa。［30°/60°］和［－45°/+45°］铺层排布方式的C/SiC复合材料受高温氧化的影响相对于［0°/90°］排布方式的样品更加严重。本研究结果对C/SiC复合材料的损伤机理、微观特征分析和铺层角度的设计具有一定的参考价值。第二，借助三点弯曲测试方法对PIP制备的C/SiC复合材料进行性能表征，为了有效评估C/SiC复合材料在高温试验过程中样品受温度的影响情况，将样品在不同温度下进行不同时间的氧化处理，通过获得材料的断裂强度和断裂韧性，从而得出调试样品阶段氧化温度和氧化时间对C/SiC

8、材料机械性能的变化所产生的影响。结果表明：不同的氧化温度和氧化时间严重影响了C/SiC复合材料的机械性能，并且改变了其失效模式。氧化温度为1100ºC,1200ºC,1300ºC,1400ºC,1500ºC和1600ºC时，所对应的临界安全时间分别为8，5，5，1.5，0.5和0.5分钟。把性能减少百分比定义为20%，对于氧化温度为1100ºC,1200ºC,1300ºC,1400ºC,1500ºC和1600ºC