陶瓷基复合材料微观应力分析与调控

初步分析了陶瓷基复合材料内部的微观应力及其影响因素，并结合具体的陶瓷基颗粒复合材料，阐明微观应力对材料力学性能的重要作用，并提出了通过调控材料内部的微观应力以改善材料力学性能．还研究了采用高频微波处理St3N4／TiC（P）陶瓷复合材料，利用Si3N4和TiC对微波能的不同吸收特性，调整材料内部的微观应力，提高材料的力学性能．     

陶瓷基金属复合材料残余应力的计算及其增韧效应分析

分析了韧性金属颗粒增韧陶瓷复合材料的残余应力对增韧的影响，指出残余应力的存在提高了金属颗粒作用于裂纹表面的桥联应力，对增韧有一定的贡献．运用Ｅｓｈｅｌｂｙ方法导出了两相复合材料残余应力的理论计算式，为该类材料的增韧设计提供了思路．     

基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

纳米陶瓷复合材料的研究进展

综述了近年来关于纳束陶瓷复合材料的研究进展，并着重对纳米陶瓷复合材料的分类，制备方法及力学性能等进行了详细介绍，给出了相关材料的数据和图表。     

碳陶瓷复合材料抗氧化性能研究

将ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ等碳化物陶瓷粉末与碳粉混合，采用热压烧结工艺制备碳陶瓷复合材料。对碳质量分数ｗＣ分别为０．１，０．２，０．３，０．４，０．５的５种碳陶瓷复合材料，在８００℃、１０００℃和１３００℃高温空气中的氧化性能进行了研究。结果表明，碳陶瓷复合材料在ｗＣ＜０．２时，抗氧化性很好；在ｗＣ＞０．３时，氧化速率加快。氧化后试样表面的ＸＲＤ谱和ＳＥＭ下的微观结构研究表明，氧化过程中碳陶瓷复合材料晶粒表面形成了ＳｉＯ２和Ｂ２Ｏ３固溶体薄膜，阻止了材料的进一步氧化。     

可吸收生物玻璃陶瓷/聚己内酯复合接骨板的制备工艺及力学性能

针对生物陶瓷存在脆性高、韧性差无法满足接骨板所需的力学性能的问题,提出采用光固化陶瓷成形技术结合聚合物渗透法,在多孔陶瓷中渗透聚己内酯,制备出集强度韧性和生物相容性于一体的可吸收陶瓷/聚己内酯复合结构。对不同烧结保温时间下多孔陶瓷的微观孔隙分布进行了研究,探讨了不同渗透时间对可吸收玻璃陶瓷/聚己内酯复合材料微观结构和力学性能的影响,分析了多孔陶瓷在渗透聚己内酯前后和不同渗透时长两种情况下的增强增韧机理,并利用所提出的方法制备玻璃陶瓷/聚己内酯复合接骨板。实验结果表明:当多孔陶瓷微观孔隙较多时,利于后期渗透工艺;渗透聚己内酯可大大改善复合材料的力学性能,在应力屏蔽和缺陷修复两种机制综合作用下复合材料的抗压强度和抗弯强度显著增加,其韧性也因聚己内酯固有韧性和裂纹桥接机制有所提升。根据该工艺研究,当烧结保温时间为120min、渗透时间为240min时,复合材料的力学性能最佳,强度和韧性达到最佳,为可吸收接骨板提供了一种可行性方案。     

氧化铝及氧化铝基复合材料强韧性的研究

应用相变增韧、相变－晶须复合及相变－颗粒复合等方式对氧化铝陶瓷进行增强。通过基体材料与复合材料强韧性的对比及断口微观分析，研究了各材料的断裂特点及不同增韧方式的增韧机理与效果。     

FRP／PVC复合管应力分析与强度校核

针对内层材料是ＰＶＣ塑料、外层材料是玻璃布聚脂复合材料ＦＲＰ的复合管系，采用简化的力学模型，计算在复原力、内压及自重作用下的应力分析以及温度改变引起的内部热应力，并推荐了强度理论。     

PTFE/陶瓷复合介质结构与性能

选择SrTiO3系、TiO2系陶瓷料与PTFE树脂进行复合，探讨了PTFE／陶瓷在不同的配比时对复合介质抗拉强度的影响规律，借助SEM、IR对材料的微观结构进行了观察与分析，基于建立的结构模型和抗拉强度数学表达式，较好地解释了陶瓷类型、含量、粒径等因素对复合材料抗拉强度影响的实验结果。     

铝液内部直接氧化法制备Al/Al2O3复合材料

提出一种在铝液内部用直接氧化法制Al／Al2O3复合材料的技术，通过在铝液内部吹氧，使熔融铝迅速氧化生成A12O3，凝固后获得具有弥散分布的Al／Al2O3质点的铝基复合材料，并对复合材料的微观结构及力学性能进行了观察分析。试验表明，复合材料中的Al／Al2O3质点分布均匀，通过调节吹氧时间，可方便地制备Al／Al2O3复合材料。     

陶瓷基复合材料的动态破坏规律

通过平板碰撞实验,获得了3DC/SiC陶瓷基复合材料特定位置处的应力-时间曲线,部分应力-时间曲线具有双峰结构,分析了该材料的基本动态力学响应特性以及材料破坏的损伤演化规律。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟简

通过建立碳/碳（C/C）复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明：材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

碳/碳复合材料表面烧蚀多尺度粗糙度模拟

通过建立碳/碳(C/C)复合材料在宏观、微观不同尺度上的烧蚀模型,利用有限元方法分析了C/C复合材料在烧蚀过程中的体积损失、表面粗糙度以及烧蚀性能的变化规律。微观上,模拟了材料烧蚀呈现的尖笋状粗糙度形貌。宏观上,采用ALE方法,并基于实验结果通过Fortran编程控制材料表面烧蚀后退运动,建立了C/C复合材料表面烧蚀的多尺度热力耦合分析模型,并进行瞬态有限元分析。结果表明:材料烧蚀表面粗糙度程度与烧蚀速率、材料性能密切相关;并且随着材料烧蚀程度的不同,材料的表面应力也相应变化。     

复合材料力学综述

复合材料力学是固体力学的一个新兴分支,它研究由两种或多种不同性能的材料,在宏观尺度上组成的多相固体材料,即复合材料的力学问题.近代复合材料最重要的有两类:一类是纤维增强复合材料,另一类是粒子增强复合材料.复合材料力学的研究可分为微观力学和宏观力学.在此基础上重点分析了陶瓷纳米复合材料、碳纳米管聚合物复合材料和纤维增强树脂基复合材料的力学性能.     

不同烧结温度时的陶瓷基复合材料界面和性能

制备了轴承内圆精密磨削用陶瓷基立方氮化硼(cBN)复合材料.利用扫描电子显微镜和电子探针研究了复合材料的微观组织结构、界面成分分布,并用轴承内圆磨床测试了磨削性能.结果表明:随着烧结温度升高,复合材料界面成分扩散深度缓慢增加,烧结温度从700℃升高到800℃,扩散层厚度从大约3μm增加到6μm左右;界面强度增加速度大于陶瓷基体材料强度增加速度;当烧结温度为750℃时,复合材料界面结合强度与陶瓷基体材料强度相匹配,磨削时复合材料进给量达到8μm/r,磨耗体积比达到310~370,具有良好的锋利度和耐磨性能,磨削后的复合材料能观察到cBN磨损、破裂、脱落和陶瓷基材桥断裂的痕迹.     

随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值模拟分析

基于蒙特卡罗方法,利用ANSYS的APDL参数化设计语言,构建随机分布纳米颗粒增强陶瓷基复合材料性能数值分析模型,利用均质化理论计算不同体积比纳米颗粒增强陶瓷基复合材料的热膨胀系数、有效弹性模量和热残余应力。结果表明,所建模型计算的结果与用经典理论方法计算的结果基本吻合,证明所建模型是可靠的,其中三维模型能更准确地分析纳米颗粒体积比较大时微观结构对应力分布状态的影响。     

短纤维玻璃陶瓷基复合材料的静疲劳行为

研究了不同介质中单向短纤维增强玻璃陶瓷是复合静疲劳行为,结果表明,复合材料的疲劳指数和疲劳极限均高于陶瓷基体,Nicalon纤维增强复合材料在水介质中的静疲劳性能要优于碳纤维增强复合材料,认为应力腐蚀导致的纤维／基体间的界面弱化是影响得合材料静疲劳劳行为的重的要因素,界面弱化有利于提高强界面结合复合材料的静疲劳强度。     

木材陶瓷制备多孔SiC的研究

椴木木粉／酚醛树脂复合材料经高温碳化制成木材陶瓷，然后经熔融Si反应性渗入制成了多孔的SiC陶瓷．借助X射线衍射、傅里叶红外吸收光谱和扫描电子显微镜等方法对木材陶瓷和多孔SiC的物相组成、微观结构和基本性质进行了研究，利用阿基米德法和三点弯曲法测定了木材陶瓷和多孔SiC的显气孔率和弯曲强度．结果表明，木材陶瓷是非晶碳材料，含有C—O—C醚键、C—C双键及C—H结构等，多孔SiC是由主晶相β-SiC和少量第二相Si组成的复合材料；多孔SiC遗传了木材陶瓷的多孔结构；木材陶瓷向SiC陶瓷的转变使弯曲强度从12．6MPa提高到73．8MPa，显气孔率从64．1％降至53．2％。     

层合机敏结构的变形传递和层间应力分析

建立了一种承受弯矩及正应力加载下结构材料与压电陶瓷传感／执行器的应力应变传递关系模型，获得了位移、应力、应变等场量方程。模拟了压电陶瓷作为传感器时结构的变形传递及作为执行器时的应力分布和变形传递，并与实验和有限元分析结果进行了比较。结果显示：模型得出的理论值与试验和有限元结果较为接近；当本体材料两面贴压电陶瓷并加同向电压（即只受纵向载荷作用），本模型与已有的一些模型模拟结果近似，但此模型能同时分析承受弯曲加载的智能结构情况；压电陶瓷作为执行器时，层间正应力和层间剪应力在中间都比较平缓，到接近边缘处有一应力集中，实际制作时应加强此处粘接强度，以防在高应力加载或循环下压电陶瓷剥落。     

考虑格栅蠕变性的筋土复合体应力计算方法

将土工格栅加筋土作为宏观均匀的各向异性材料,假定加筋土宏观应力由土和筋材两种微观应力所组成,格栅与土之间不发生相对滑动,土为理想弹塑性材料并满足Mohr—Coulomb破坏准则,格栅为粘弹性材料;通过引入格栅蠕变模型。建立了筋-土复合体应力计算方法,进而探讨了格栅蠕变参数、土的变形与强度参数对筋-土复合体应力状态的影响．结果表明：筋-土相互作用效应将加速埋置于土中的格栅应力松弛过程;当格栅变形模量较低时,对复合材料中土到达塑性状态所需要的时间影响较大,且土体塑性到达时间对土的内摩擦角具有较强的依赖性,土和格栅的微观应力随土的内摩擦角增大而减小,而格栅的微观应力随加筋层间距的增大而增大．