基本介紹
內容簡介,作者簡介,目錄,
內容簡介
《自癒合陶瓷基複合材料製備與套用基礎》是西北工業大學張立同院士團隊的第二本陶瓷基複合材料專著，全書共六章。第1章介紹CFCC的本徵結構與性能問題，SHCMC的發展、途徑和套用。第2章介紹SHCMC的製備方法。第3章主要介紹SHCMC的製備過程機理。第4章主要介紹SHCMC的製備過程控制。第5章介紹SHCMC製備過程的理論計算。第6章主要介紹SHCMC的本證性能和環境性能表征。
作者簡介
張立同，西北工業大學超高溫結構複合材料國防科技重點實驗室教授，中國工程院院士。航空航天材料專家，從事陶瓷及陶瓷基複合材料的教學與科研，提出陶瓷基複合材料新型強韌化理論，首創了低成本、高性能耐高溫長壽命抗氧化陶瓷基複合材料的製造技術，為發展我國連續纖維增韌陶瓷基複合材料及其製備技術做出重大貢獻，2004年獲國家技術發明一等獎。
目錄
第1章 緒論1
1.1 CFCC的本徵結構與性能問題1
1.1.1 強韌性與弱界面1
1.1.2 非線性與基體開裂2
1.1.3 基體開裂與環境損傷11
1.2 提高基體開裂應力16
1.2.1 模量匹配16
1.2.2 熱膨脹係數匹配17
1.2.3 微結構控制19
1.3 提高環境自適應性21
1.3.1 多層塗層自癒合22
1.3.2 多層基體自癒合23
1.3.3 纖維表面自癒合25
1.3.4 基體彌散自癒合27
1.4 自癒合陶瓷基複合材料的套用28
1.5 小結31
參考文獻32
第2章自癒合陶瓷基複合材料的製備方法35
2.1 引言35
2.2 陶瓷基複合材料的製備方法36
2.2.1料漿浸滲-熱壓燒結法36
2.2.2 直接氧化沉積法37
2.2.3 化學氣相浸滲法39
2.2.4 先驅轉化法49
2.2.5 反應性熔體浸滲法52
2.2.6 定向凝固法55
2.3 自癒合陶瓷基複合材料的製備方法56
2.3.1 多元多層基體/塗層自癒合材料的製備方法57
2.3.2 纖維表面自癒合複合材料的製備方法58
2.3.3 多元彌散基體自癒合複合材料的製備方法63
2.4 小結65
參考文獻66
第3章自癒合陶瓷基複合材料的製備過程機理68
3.1 引言68
3.2 反應過程機理線上分析技術70
3.2.1 表面非均相沉積動力學線上檢測技術71
3.2.2 氣相均相成分線上檢測技術73
3.3 CVD PyC的製備過程機理76
3.3.1 CVD PyC過程氣相成分的檢測76
3.3.2 CVD PyC過程沉積動力學的測定84
3.3.3 CVD PyC過程機理及反應模型86
3.4 CVD SiC的製備過程機理93
3.4.1 氣相產物定性分析93
3.4.2 氣相產物定量分析98
3.4.3 氣相均相化學反應模型100
3.4.4 MTS在
中的熱解反應路徑102
3.4.5 CVD SiC表面非均相反應模型106
3.5 CVD (Si)-B-C的製備過程機理112
3.5.1 CVD (Si)-B-C體系氣相成分檢測113
3.5.2 CVD (Si)-B-C體系反應模型119
3.6 小結121
參考文獻122
第4章自癒合陶瓷基複合材料的製備過程控制127
4.1 引言127
4.2 沉積溫度影響127
4.2.1 沉積溫度對速度的影響128
4.2.2 沉積溫度對產物質量的影響134
4.3 氣體分壓影響143
4.3.1 氣體分壓對沉積速率的影響145
4.3.2 反應氣體分壓對沉積產物質量的影響148
4.4 總壓的影響150
4.4.1 總壓對沉積速率的影響150
4.4.2 總壓對沉積產物質量的影響152
4.5 其他影響因素156
4.6 多元多層沉積過程的協同控制161
4.6.1 氣相沉積的時空效應161
4.6.2 多元多層沉積的界面干涉效應162
4.6.3 多元多層CVI的協同控制方法164
4.7 小結165
參考文獻166
第5章自癒合陶瓷基體材料製備過程的理論計算169
5.1 熱力學數據的理論計算169
5.2 熱力學相圖與工藝最佳化170
5.2.1 
熱解製備PyC體系物種的濃度分布170
5.2.2 MTS-製備SiC體系物種的濃度分布173
5.2.3 
-
-製備
體系物種的濃度分布180
5.2.4 --製備體系物種的濃度分布183
5.3 微觀反應動力學與反應路徑187
5.3.1 過渡態理論187
5.3.2 丙烯熱解體系反應勢能面分析188
5.3.3 --熱解體系反應勢能面分析200
5.4 製備工藝與微結構控制211
5.5 小結212
參考文獻212
第6章自癒合陶瓷基複合材料的性能表征215
6.1 本徵力學行為215
6.1.1 2D C/SiC-BxC的拉伸行為215
6.1.2 2D C/SiC-BxC的彎曲行為222
6.1.3 2D C/SiC-BxC的室溫拉伸加卸載行為227
6.1.4 2D C/SiC-BxC的面內剪下行為229
6.1. 5 2D C/SiC-BxC的層間剪下行為233
6.1.6 2D C/SiC-BxC的單軸壓縮性能238
6.2 熱物理性能240
6.2.1 2D C/SiC-BxC熱膨脹性能240
6.2.2 2D C/SiC-BxC的熱擴散性能240
6.3 環境性能241
6.3.1 環境性能表征241
6.3.2 蠕變應力對自癒合複合材料環境性能演變的影響243
6.3.3 溫度對自癒合複合材料氧化及性能演變的影響253
6.3.4 BxC層厚度對性能演變的影響255
6.3.5 動態風洞環境中自癒合複合材料的氧化損傷演變256
6.3.6 水分壓對自癒合複合材料氧化行為的影響260
6.4 自癒合陶瓷基複合材料的失效261
6.4.1 自癒合陶瓷基複合材料的失效模式261
6.4.2 自癒合陶瓷基複合材料失效模式的影響因素262
6.5 自癒合機理271
6.5.1 複合材料的自癒合機理271
6.5.2 BxC氧化機理273
6.6 小結279
參考文獻280
索引282
前沿/序言
作為一種耐高溫、強韌、輕質的新型戰略性材料，連續纖維增韌補強碳化矽陶瓷基複合材料（Continous Fibre-reinforced Silicon Carbide Ceramic Matrix Composite，CFCC-SiC）出現於20世紀70年代，至今已有大量研究和廣泛套用，在國防和民用高技術領域顯示出強大的生命力。 20世紀90年代初，西北工業大學超高溫結構複合材料重點實驗室自主發展了以化學氣相滲透（Chemical Vapor Infiltration，CVI）為主的CFCC-SiC及其構件製備技術，實現了工程化製造，目前已開始步入產業化研究階段。同期，國內相關單位的研究也取得很大進展，使我國CFCC-SiC的研究與套用躍居國際前列，並進入快速發展階段。航空和航天動力及其高速飛行器、剎車系統、對地觀察、能源和電子信息等諸多領域對CFCC-SiC的市場需求快速增長，從事系統設計、材料研究、技術研究和生產的各類人員，迫切需要有更多的CFCC-SiC科技專著出版。 西北工業大學超高溫結構複合材料研究團隊1999年獲得了首批國家重大基礎研究計畫項目“特種材料的模擬表征與最佳化設計”的支持，並集合相關項目的基礎研究成果撰寫出了我國CFCC-SiC領域的第一本學術專著——《纖維增韌碳化矽陶瓷複合材料——模擬、表征與最佳化設計》。該書作為一本基礎性著作，主要介紹團隊在CFCC-SiC模擬、表征與最佳化設計方面的共性研究成果。針對不同套用領域的特殊要求，團隊將出版系列專著，介紹CFCC-SiC製備與套用基礎方面的研究成果。
2005年，研究團隊獲得了國家重大基礎研究計畫的繼續支持，面向航空發動機對長壽命CFCC-SiC的迫切需求，開展自癒合陶瓷基複合材料(Self-Healing Ceramic Matrix Composites，SHCMC)的研究。自癒合陶瓷基複合材料通過組元在服役過程中與環境介質發生原位反應生成的高溫玻璃相封填裂紋、孔隙及其他缺陷，阻止環境介質對CFCC-SiC內部的進一步侵蝕與損傷，有效地延長CFCC-SiC的服役壽命，為CFCC-SiC在航空發動機熱端部件的套用奠定基礎。本書依循《纖維增韌碳化矽陶瓷複合材料——模擬、表征與最佳化設計》一書的整體構思和框架，集合相關項目的基礎研究成果撰寫而成。隨著CFCC-SiC研究與套用的不斷深入，面向其他套用領域的CFCC-SiC專著將會陸續出版，以求形成系列。 本書圍繞自癒合陶瓷基複合材料製備與套用基礎問題展開，全書共六章。第1章緒論主要介紹CFCC的本徵結構與性能問題，SHCMC的發展、途徑和套用，由成來飛教授和張立同教授執筆。第2章主要介紹SHCMC的製備方法，由張立同教授和劉永勝副教授執筆。第3章主要介紹SHCMC的製備過程機理，由成來飛教授和趙春年博士執筆。第4章主要介紹SHCMC的製備過程控制，由劉永勝副教授、張立同教授執筆。第5章主要介紹SHCMC製備過程的理論計算，由蘇克和曾慶豐副教授和張立同教授執筆。第6章主要介紹SHCMC的本徵性能和環境性能表征，由欒新剛副教授和成來飛教授執筆。 本書內容引用了劉永勝、盧翠英、楊文彬、趙春年等博士學位論文裡的觀點，同時也包括了矯桂瓊教授和喬生儒教授在材料本徵力學性能方面的研究結果。此外，李建章博士負責本書的校對與整理，團隊的技術人員為製備大量性能測試試件付出辛勤勞動；本書的出版得到國家科學技術學術著作出版基金的支持。在此一併表示感謝。 本書作為新型複合材料專著，可供相關領域的高校師生、科技人員與生產人員參考。
