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)??縮寫以及單位制 12

1.8.1 符號(hào)和縮寫 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 微觀結(jié)構(gòu)表征 198

3.6.6 三維微觀結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià) 202

3.6.7 應(yīng)用微焦X射線計(jì)算機(jī)斷層成像的微觀結(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 線性及非線性失效分析 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