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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 陶瓷基复合材料的微结构单元2

1.2.1 增强纤维4

1.2.2 界面相6

1.2.3 基体11

1.2.4 涂层13

1.3 陶瓷基复合材料韧性的表征16

1.3.1 K？和断裂功16

1.3.2 声发射技术17

1.4 陶瓷基复合材料强韧性影响因素20

参考文献21

第2章 纤维增强体与陶瓷基复合材料的强韧化26

2.1 引言26

2.2 纤维预制体结构参数26

2.2.1 纤维体积分数与模量26

2.2.2 纤维分布方式28

2.2.3 纤维种类29

2.2.4 纤维损伤29

2.3 纤维种类与复合材料的强韧化30

2.3.1 纤维束复合材料的强韧性30

2.3.2 编织结构复合材料的强韧性33

2.4 纤维丝束大小与复合材料的强韧化37

2.4.1 纤维束复合材料的强韧化38

2.4.2 二维复合材料的强韧化43

2.4.3 三维复合材料的强韧化75

2.4.4 三维针刺复合材料的强韧化92

2.5 纤维模量与复合材料的强韧化98

参考文献102

第3章 界面相与陶瓷基复合材料的强韧化106

3.1 引言106

3.2 界面相的作用106

3.2.1 界面相对滑移阻力的影响108

3.2.2 界面相对热失配残余应力的影响108

3.3 PyC界面相与纤维束复合材料的强韧化112

3.3.1 PyC界面相与SiC/SiC纤维束复合材料的强韧化112

3.3.2 PyC界面相与C/SiC纤维束复合材料的强韧化116

3.4 PyC界面相厚度与编织结构复合材料的强韧化126

3.4.1 界面相厚度对无切口试样弯曲特性的影响127

3.4.2 界面相厚度对单边切口试样弯曲特性的影响129

3.4.3 界面相厚度对强韧性测试结果分散性的影响131

3.4.4 热处理对界面相厚度与强韧性关系的影响132

3.4.5 预制体结构对界面相厚度与强韧性关系的影响135

3.4.6 纤维种类对界面相厚度与强韧性关系的影响137

3.5 BN界面相与SiC/SiC纤维束复合材料的强韧化138

3.5.1 界面相厚度对拉伸特性的影响138

3.5.2 界面相热处理对拉伸特性的影响143

3.6 界面相材料与SiC/SiC纤维束复合材料的强韧化147

3.6.1 PyC界面相对拉伸特性的影响148

3.6.2 PyC界面相厚度不同时的断裂行为149

3.7 基于强韧化协同设计的界面相优化151

参考文献155

第4章 基体与陶瓷基复合材料的强韧化158

4.1 引言158

4.2 基体微结构参数158

4.2.1 基体多元多层改性158

4.2.2 基体微裂纹与孔隙159

4.3 基体分布与复合材料的强韧化160

4.3.1 基体在复合材料中的分布特征160

4.3.2 基体分布均匀性对复合材料强韧性的影响168

4.4 SiC纳米线改性与复合材料的强韧化173

4.4.1 显微结构173

4.4.2 强韧性174

4.4.3 断裂行为176

4.5 CVI-PyC基体改性与复合材料的强韧化177

4.5.1 CVI-PyC基体改性对显微结构的影响177

4.5.2 CVI-PyC基体改性对强韧性的影响181

4.5.3 CVI-PyC基体改性对断裂行为的影响181

4.6 PIP-SiC基体改性与复合材料的强韧化186

4.6.1 显微结构186

4.6.2 强韧性187

4.6.3 断裂行为189

4.7 RMI-C/SiC基体改性与复合材料的强韧化191

4.7.1 显微结构191

4.7.2 拉伸性能195

4.7.3 压缩性能197

4.7.4 弯曲性能199

4.7.5 层间剪切性能202

4.7.6 面内剪切性能203

4.7.7 冲击性能204

4.7.8 断裂韧性204

4.8 CVI-B？C陶瓷基体改性与复合材料的强韧化205

4.8.1 显微结构205

4.8.2 弯曲强度与断裂韧性210

4.8.3 拉伸性能212

4.8.4 剪切与压缩性能218

4.9 Ti3SiC2陶瓷基体改性与复合材料的强韧化223

4.9.1 反应熔体浸渗生成Ti3SiC2的热力学分析223

4.9.2 Ti3SiC2基体改性与C/C-SiC复合材料的强韧化224

4.9.3 Ti3SiC2基体改性与C/SiC复合材料的强韧化231

4.10 强韧化机理238

4.10.1 基体分布均匀性的强韧化机理238

4.10.2 基体改性的强韧化机理238

4.10.3 基体功能划分的多尺度强韧化机理240

参考文献240

第5章 涂层与陶瓷基复合材料的强韧化243

5.1 引言243

5.2 涂层的作用243

5.3 SiC晶须涂层改性与复合材料强韧化244

5.3.1 显微结构244

5.3.2 弯曲性能247

5.3.3 断裂行为248

5.4 CNTs涂层改性与复合材料的强韧化250

5.5 EBCs涂层改性与复合材料的强韧化252

5.5.1 BSAS涂层与复合材料的强韧性252

5.5.2 Sc2Si2O7涂层与复合材料的强韧性253

5.6 涂层热环境损伤修复与复合材料的强韧化255

5.6.1 制备裂纹缺陷的修复对强韧性的影响256

5.6.2 热损伤裂纹缺陷修复对强韧性的影响257

5.7 强韧化协同设计的涂层优化260

5.7.1 涂层设计原则260

5.7.2 涂层修复原则260

参考文献261

第6章 服役环境对陶瓷基复合材料强韧性的影响263

6.1 引言263

6.2 服役环境263

6.2.1 疲劳263

6.2.2 热震/热循环265

6.2.3 高温气氛氧化266

6.2.4 热处理268

6.3 预疲劳处理与复合材料的强韧化270

6.3.1 复合材料的应力应变行为270

6.3.2 复合材料的强韧性变化272

6.4 氧化处理与复合材料的强韧化275

6.4.1 干燥空气环境氧化处理275

6.4.2 水氧耦合环境氧化处理282

6.5 热处理与复合材料的强韧化285

6.5.1 热处理对复合材料拉伸性能的影响285

6.5.2 热处理对复合材料拉伸性能影响机制291

6.5.3 热处理对复合材料弯曲性能的影响294

6.5.4 热处理对复合材料弯曲强韧性影响机制297

6.6 热循环处理与复合材料的强韧化300

6.6.1 不同环境气氛下热循环处理300

6.6.2 约束条件下热循环处理303

6.7 测试条件与复合材料的强韧化305

6.7.1 试样尺寸305

6.7.2 加载速率307

6.8 陶瓷基复合材料的环境自适应性310

参考文献314

第7章 陶瓷基复合材料各结构单元协同作用与性能预测319

7.1 引言319

7.2 复合材料微结构单元协同作用与强韧化机理319

7.2.1 纤维和界面相协同作用与复合材料的强韧化319

7.2.2 纤维和基体协同作用与复合材料的强韧化320

7.2.3 涂层和基体协同作用与复合材料的强韧化321

7.2.4 环境因素协同作用与复合材料的强韧化321

7.3 纤维预制体结构与复合材料的强韧性322

7.3.1 纤维预制体的结构特征322

7.3.2 二维复合材料的强韧化325

7.3.3 2.5维复合材料的强韧化338

7.3.4 三维复合材料的强韧化350

7.3.5 三维针刺复合材料的强韧化355

7.3.6 强度统一关系366

7.3.7 不同预制体复合材料迟滞行为的对比371

7.4 单胞元法预测复合材料性能374

7.4.1 一维纤维束的单胞元微结构模型375

7.4.2 二维编织纤维束的单胞元微结构模型376

7.4.3 三维编织纤维束的单胞元微结构模型378

7.4.4 包含孔隙结构的单胞元微结构380

7.4.5 单胞元法预测复合材料力学性能382

参考文献390