一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式制造技术

本发明专利技术涉及一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，所述发动机热端构件用陶瓷基复合材料包括：多个在空间中重复排列的纤维结构单元；所述纤维结构单元包括：从上至下共4层，共10条纤维；其中，上2层共5条纤维，呈正三角排列；中间2层共6条纤维，呈四方排列；下2层共5条纤维，呈倒三角排列。采用本发明专利技术提供的提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，可以在一定程度上增大陶瓷基复合材料的横向力学性能，避免因复合材料的横向力学性能过低而导致的复合材料在纵向失效未达到指标前，复合材料横向的变形甚至开裂，从而综合改善陶瓷基复合材料的力学性能。

Fiber arrangement method for improving mechanical properties of ceramic base composite material for heat end component of engine

The invention relates to a fiber arrangement of mechanical performance of ceramic matrix composite materials for improving engine hot end components, the engine hot end components with ceramic matrix composite fiber structure includes a plurality of unit repeatedly arranged in space; the fiber structure unit comprises: from top to bottom, a total of 4, a total of 10 A fiber; among them, 2 layers of 5 fibers, positive triangle arrangement; 2 middle layers of 6 fibers, a fiber layer 2 square array; a total of 5, an inverted triangle arrangement. The invention uses fiber arrangement of mechanical properties of ceramic matrix composite component to improve engine heat to provide end of the transverse mechanical properties of ceramic matrix composites can be increased to a certain extent, to avoid the composite due to low transverse mechanical properties of the composite material in the longitudinal failure did not reach the target before the lateral deformation of composite even cracking, mechanical properties and comprehensive improvement of ceramic matrix composites.

【技术实现步骤摘要】
一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式
本专利技术涉及复合材料力学性能测试的
，具体涉及一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式。
技术介绍
由于SiC纤维和SiC基体的热膨胀系数差异较大，所以当陶瓷基复合材料SiCf\SiC经过制备、热处理等工艺后，复合材料中将会产生热残余应力，不同部位不同方向的热残余应力会对复合材料产生不同的影响。陶瓷基复合材料SiCf\SiC的纵向拉伸强度远大于横向拉伸强度，但由于陶瓷基复合材料SiCf\SiC在使用过程中会受到偏离纵向的载荷作用，所以如果复合材料的横向力学性能过低，会导致复合材料在纵向失效未达到指标前，就发生了横向的变形甚至开裂。以往陶瓷基复合材料SiCf\SiC都是采用四方排布、六方排布等纤维排布方式，这些纤维排布方式对提高陶瓷基复合材料SiCf\SiC的力学性能有一定的局限性，材料的横向力学性能不能达到理想的效果，具体如下表所示。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，旨在在一定程度上增大陶瓷基复合材料的横向力学性能，避免因复合材料的横向力学性能过低而导致的复合材料在纵向失效未达到指标前，复合材料横向的变形甚至开裂，从而综合改善陶瓷基复合材料的力学性能。为解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，所述发动机热端构件用陶瓷基复合材料包括：多个在空间中重复排列的纤维结构单元；所述纤维结构单元包括：从上至下共4层，共10条纤维；其中，上2层共5条纤维，呈正三角排列；中间2层共6条纤维，呈四方排列；下2层共5条纤维，呈倒三角排列。在本专利技术的进一步实施方式中，所述三角排列为等边三角排列。在本专利技术的进一步实施方式中，所述四方排列为正方排列。在本专利技术的进一步实施方式中，所述等边三角排列的边长与纤维直径相等。在本专利技术的进一步实施方式中，所述正方排列的边长与纤维直径相等。在本专利技术的进一步实施方式中，所述在空间中重复排列包括：在横向和纵向均为重复排列。在本专利技术的进一步实施方式中，所述纤维结构单元中纤维的横截面为均为圆形、正方形或等边三角形。在本专利技术的进一步实施方式中，所述纤维结构单元中上下两层纤维的横截面为圆形，中间两层纤维的横截面为正方形。在本专利技术的进一步实施方式中，所述陶瓷基复合材料为SiCf\SiC复合材料。采用本专利技术提供的提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，可以增大陶瓷基复合材料的横向力学性能，避免因复合材料的横向力学性能过低而导致的复合材料在纵向失效未达到指标前，复合材料横向的变形甚至开裂，从而综合改善陶瓷基复合材料的力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例中的纤维结构单元的二维截面示意图；图2为本专利技术实施例中的三角形排列的二维截面示意图；图3为本专利技术实施例中的四方排列的二维截面示意图；图4为本专利技术实施例中的另一种纤维结构单元的二维截面示意图；图5为本专利技术实施例中的纤维结构单元横向重复排列形成的发动机热端构件用陶瓷基复合材料的实施例；图6为本专利技术实施例中的纤维结构单元纵向重复排列形成的发动机热端构件用陶瓷基复合材料的实施例；图7为本专利技术实施例中的纤维结构单元中上下两层纤维的横截面为圆形，中间两层纤维的横截面为正方形的实施例的二维截面示意图；图8为本专利技术实施例中的选取纤维结构单元的二维截面示意图1\4作为模型的代表性体元的示意图；图9为本专利技术实施例中的采用本专利技术提供的纤维排布方式的发动机热端构件用陶瓷基复合材料SiCf\SiC的立体模型；图10为本专利技术实施例中的采用本专利技术提供的纤维排布方式的发动机热端构件用陶瓷基复合材料SiCf\SiC在纤维和基体交界面处得到的各种应力分布图；图11为本专利技术实施例中的四方排布的二维截面示意图；图12为本专利技术实施例中的采用四方排布的发动机热端构件用陶瓷基复合材料SiCf\SiC在纤维和基体交界面处得到的各种应力分布图；图13为本专利技术实施例中的六方排布的二维截面示意图；图14为本专利技术实施例中的采用六方排布的发动机热端构件用陶瓷基复合材料SiCf\SiC在纤维和基体交界面处得到的各种应力分布图；具体实施方式下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本专利技术的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，发动机热端构件用陶瓷基复合材料包括：多个在空间中重复排列的纤维结构单元；其中纤维结构单元具体可以包括如下几种实施例：实施例一图1为本专利技术提供的一种纤维结构单元的二维截面示意图；如图1所示，纤维结构单元包括：从上至下共4层，共10条纤维；其中，上2层共5条纤维，呈正三角排列；中间2层共6条纤维，呈四方排列；下2层共5条纤维，呈倒三角排列。其中三角形排列如图2所示，3条纤维围合形成一三角形。四方排列如图3所示，4条纤维围合形成一矩形。其中，三角形排列的3条纤维围合形成的三角形的边长大于纤维直径。四方排列的4条纤维围合形成的矩形的边长大于纤维直径。实施例二图4为本专利技术提供的另一种纤维结构单元的二维截面示意图；所述纤维结构单元包括：从上至下共4层，共10条纤维；其中，上2层共5条纤维，呈正等边三角排列；中间2层共6条纤维，呈正方排列；下2层共5条纤维，呈倒等边三角排列。当然，除了等边三角形以外，等腰三角形排列也是可以的；等边三角形排列，其X方向正应力相比等腰三角形排列更低。(后文将对X方向正应力进行详细解释)其中，三角形排列的3条纤维围合形成的三角形的边长等于纤维直径。四方排列的4条纤维围合形成的矩形的边长等于纤维直径。当三角形的边长等于纤维直径时，其X方向正应力相比边长大于纤维直径时更低。(后文将对X方向正应力进行详细解释)当四方排列的4条纤维围合形成的矩形的边长等于纤维直径时，其X方向正应力相比边长大于纤维直径时更低。(后文将对X方向正应力进行详细解释)另外，对于多个纤维结构单元在空间中重复排列方式，也具体存在以下几种实施方式：实施例三如图5所示，是以实施例一中的纤维结构单元横向重复排列形成的发动机热端构件用陶瓷基复合材料的实施例。实施例四如图6所示，是以实施例一中的纤维结构单元纵向重复排列形成的发动机热端构件用陶瓷基复合材料的实施例。当然，上述两种实施方式多个纤维结构单元在空间中重复排列方式也可以结合形成一实施例。另外，对于上述实施例中的纤维横截面，其中一个实施方式如图1所示是纤维的横截面为均为圆形的实施例，另外横截面均为正方形或等边三角形也可以；另一实施方式如图7所示，纤维结构单元中上下两层纤维的横截面为圆形，中间两层纤维的横截面为正方形。当然，纤维结构单元中纤维的横截面也可以是任意形状的任意组合，但是图1实施例中的横截面，其X方向正应力相比多种截面形状的随意组合更低。(后文将对X方向正应力进行详细解释)。而实施例7中的横截面形状，则可以达到最低的X方向正应力。(后文将对X方向正应力进行详细解释)。上述实施例中，所述陶瓷基复合材料可以是任意的陶瓷基复合材料，优选为SiCf\SiC复合材料，相比其它材料，SiCf\SiC复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，其特征在于，所述发动机热端构件用陶瓷基复合材料包括：多个在空间中重复排列的纤维结构单元；所述纤维结构单元包括：从上至下共4层，共10条纤维；其中，上2层共5条纤维，呈正三角排列；中间2层共6条纤维，呈四方排列；下2层共5条纤维，呈倒三角排列。

【技术特征摘要】
1.一种提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，其特征在于，所述发动机热端构件用陶瓷基复合材料包括：多个在空间中重复排列的纤维结构单元；所述纤维结构单元包括：从上至下共4层，共10条纤维；其中，上2层共5条纤维，呈正三角排列；中间2层共6条纤维，呈四方排列；下2层共5条纤维，呈倒三角排列。2.根据权利要求1所述的提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，其特征在于，所述三角排列为等边三角排列。3.根据权利要求1所述的提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，其特征在于，所述四方排列为正方排列。4.根据权利要求2所述的提高发动机热端构件用陶瓷基复合材料力学性能的纤维排布方式，其特征在于，所述等边三角排列的边长与纤维直径相等。5.根据权利要求3所述的提高发动机热...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞盈，商海东，邓楚燕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11