2D-Cf/SiC復(fù)合材料蠕變斷裂及損傷機(jī)理研究*

（西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710072）

連續(xù)碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料（C/SiC）克服了單一SiC陶瓷的脆性，具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，同時還具有密度低和抗燒蝕等特點(diǎn)，滿足了高推重比航空發(fā)動機(jī)和航天飛行器等的熱結(jié)構(gòu)部件減輕重量和提高工作溫度的要求，成為制造這些重要熱端構(gòu)件的關(guān)鍵材料[1-3]。蠕變損傷和變形將導(dǎo)致該材料在服役過程中失效和斷裂[4]，因此揭示C/SiC的蠕變斷裂和損傷機(jī)理成為該材料研究和應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

目前，國內(nèi)外對于C/SiC的蠕變性能已作了一定的研究。Boitier等[5-6]研究了氬氣中2.5D-C/SiC復(fù)合材料在1000～1400℃溫度范圍內(nèi)的蠕變，指出其蠕變損傷機(jī)制包括基體開裂、基體裂紋擴(kuò)展、界面脫粘、界面滑動和纖維斷裂等。Lamouroux等[7]研究了硼改性2D-C/SiC復(fù)合材料在氧氣中的蠕變斷裂時間，結(jié)果表明硼改性基體能夠明顯提高基體的抗氧化能力，使蠕變斷裂時間大大延長。Verrilli等[8]評價了2D-C/SiC復(fù)合材料在1200℃富氧（1000×10-6）條件中的蠕變斷裂時間，蠕變應(yīng)力從100MPa增加到276MPa，其蠕變斷裂時間從160h降低至4h。本課題組的前期研究表明：3D-C/SiC復(fù)合材料的蠕變損傷除基體開裂和界面脫粘等機(jī)械損傷外，還存在纖維束夾角變化和孔隙變形等，且蠕變損傷在纖維束交叉處更為集中[9]。

已有研究多數(shù)是針對C/SiC復(fù)合材料在高于1000℃的溫度范圍內(nèi)開展的，而C/SiC作為航空發(fā)動機(jī)密封片和調(diào)節(jié)片等部件的應(yīng)用，其工作溫度一般低于1000℃，且其工作環(huán)境中含有明顯的氧化成分。因此，本文研究了2D-C/SiC復(fù)合材料在空氣中700℃和900℃的蠕變斷裂時間，并探討了其損傷失效機(jī)理。……