C/C-SiC复合材料航空发动机风扇叶片的制备与性能研究

【类型】学位论文

【作者】薛明 

【关键词】 SiC复合材料 弯曲强度 抗氧化性能 预制体编织方式,风扇叶片 C/C

【摘要】开辟具有更低密度和更高强度的新材料体系，是新一代航空发动机实现减重、增效、改善性能的关键途径。在航空涡轮发动机中，风扇叶片是具有代表性的零件之一，因此其性能水平已成为一种型号发动机先进程度的重要标志。C/C-SiC复合材料作为一种将热防护、结构承载和防氧化结合为一体的新型复合材料，在航空航天领域具有广阔的应用前景。因此，研究C/C-SiC复合材料风扇叶片的制备与性能，对于提升我国航空发动机的性能水平具有深远的意义。本文主要开展以下工作： 1．探究了天然气/氢气的不同比例对化学气相渗积工艺的影响，确定了快速渗积的条件。当渗积温度为1110℃、渗积压力为0.5kPa，天然气与氢气的流量之比为6:1时，经100小时渗积，C/C复合材料的密度可达1.4g/cm3。 2．深入研究了制备工艺对C/C-SiC复合材料力学性能和微观结构的影响。选用聚碳硅烷/二甲苯溶液体系，将低密度C/C坯体置于其中加压浸渍，可以保证液体在编织体内残留率较大；在裂解过程中，控制不同时期的升温速率能保证复合材料强度。 3．分析了复合材料的弯曲强度和抗氧化性能。结果表明，本文中制备的C/C-SiC复合材料的弯曲强度优于C/C复合材料，已经满足热防护材料的强度要求，扫描电镜下观察断口形貌，都观察到了碳纤维以纤维束整体拔出的现象，这有利于提高复合材料的弯曲强度并起到增韧效果；复合材料经1000℃氧化实验后，2h内最大氧化失重率不到5%，可观察到生成了白色的SiO2。 4．研究了预制体编织方式对C/C-SiC复合材料的力学性能和抗氧化性能影响。结果表明：准3D针刺编织C/C-SiC复合材料具有更高的弯曲强度，试验时基体中的微裂纹沿界面扩展，最终相邻碳纤维的断面基本在一个平面上，而2.5D编织C/C-SiC复合材料相邻碳纤维断面参差不齐；2.5D编织C/C-SiC复合材料由于具有更低的孔隙率，O2向材料内部的侵入受到更大的阻碍，更容易氧化生成最大量的SiO2，以致完全填充孔隙，故2.5D编织C/C-SiC复合材料具有更优异的抗氧化性能。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】罗瑞盈

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