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电场辅助短切碳纤维织构化强韧(Ta,Hf)C-SiC复相陶瓷的3D打印及其服役行为的跨尺度表征

批准号:
91960102
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
60.0 万元
负责人:
刘伟
依托单位:
学科分类:
结构陶瓷
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
殷杰、何汝杰、张玉强、张步豪、张可强

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
由于航空发动机热端部件对高温力学性能、成型工艺和可靠性等核心问题提出了更高的要求,本项目拟通过基于光固化成型的3D打印方法制备具有单层织构化和整体螺旋结构的碳纤维增强(Ta,Hf)C-SiC复相陶瓷,并对该体系的高温抗蠕变等服役行为进行跨尺度表征,寻求解决航空发动机复相陶瓷的相关核心基础科学问题并提出具体方案。具体通过表面接枝改性实现高折射率碳化物复相陶瓷材料的光固化3D打印,通过引入电场辅助及旋转料槽的手段实现短切碳纤维的单层织构化从而形成整体螺旋结构达到对复相陶瓷强韧化的目的,通过调整不同元素的体积效应和热膨胀系数的差异以及这两个因素的协同机制而实现高温烧结环境中的裂纹自愈合,通过对模拟工况下高温服役行为进行跨尺度表征构建陶瓷材料组织结构-陶瓷材料力学性能与陶瓷材料抗蠕变性能的关系模型。最终实现面向航空发动机的超高温复合陶瓷材料的基础科学问题的深入研究并拓展其应用。
英文摘要
Due to the higher requirements for high temperature mechanical properties, forming technology and reliability of hot-end components of aero-engine, this project intends to prepare carbon fiber reinforced (Ta, Hf) C-SiC multiphase ceramics with single-layer texture and integral helical structure by 3D printing method based on stereolithography, and to conduct multi-scale characterization on the service behavior such as high temperature creep resistance. We will research into the key basic scientific problems of high temperature ceramic composites used in aero-engine and seek for the corresponding solutions. 3D printing of carbide composite ceramics with high refractive index would be realized by surface grafting modification. Single-layer texture of short carbon fibers would be realized by introducing the approach of electric field assistance and rotating tank, to form a whole helical structure to strengthen and toughen the composite ceramics. The self-healing of cracks at high temperature sintering environment would be realized by the synergistic mechanism of volume effect and difference of thermal expansion coefficient of different elements. The relationship model between the microstructure of ceramic materials, mechanical properties and creep resistance of ceramic materials will be constructed by multi-scale characterization of high temperature service behaviors under simulated working conditions. Ultimately, the fundamental scientific problems of ultra-high temperature composite ceramics for aero-engine will be deeply studied and their applications will be expanded.
由于航空发动机热端部件对高温力学性能、成型工艺和可靠性等核心问题提出了更高的要求,高性能的SiC复相陶瓷的3D 打印的研究具有重要意义。本项目从(1)碳化硅粉体表面氧化接枝改性制备3D打印碳化硅陶瓷的基础研究;(2)基于高温自愈合思路的(Ta,Hf)C 基SiC极高熔点固溶体陶瓷的烧结致密化、 微结构剪裁与性能提升;(3)碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料3D打印工艺与性能研究;(4)基于液相渗硅法的新型3D打印策略制备高性能SiC及碳纤维增韧SiC复合材料; (5)采用基于加法制造的颗粒乳液模板微观自组装3D打印并通过“仿生超浸润加”的科学手段赋能传统结构陶瓷。总体进展良好,取得了丰硕的研究成果,完成了项目目标任务。. 在本项目的支持下,本人领导团队发表了陶瓷3D打印相关论文19篇SCI论文(其中中科院1区12篇,JCR一区13篇),发表的论文受到了国内外同行的广泛关注以引用,其中在权威SCI期刊上发表综述论文3篇,期刊封面论文2篇。申请中国发明专利6项,授权5项(授权时间在执行期内),授权实用新型专利1项;受邀发表国内学术会议特邀主题报告1次。在本项目的支持下项目负责人获批广东省级人才计划——“广东省杰出青年基金”。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Novel Strategy To Prepare Hierarchically Porous Ceramic Microspheres via a Self-Assembly Method on Tunable Superamphiphobic Surfaces
在可调超双疏表面上通过自组装方法制备分级多孔陶瓷微球的新策略
DOI: --
发表时间: 2020
期刊: ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子: 9.5
作者: [Wei Liu, Jianwei Liang, Gao Yang, Meipeng Huang, Chong Fu, Baobao Zeng, Haidong Wu]
通讯作者: Haidong Wu
DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.128395
发表时间: 2021-07-23
期刊: JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION
影响因子: 11.1
作者: [Fu, Chong, Liang, Jianwei, Deng, Xin]
通讯作者: Deng, Xin
DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.09.033
发表时间: 2021-09
期刊: Journal of the European Ceramic Society
影响因子: 5.7
作者: [Jianwei Liang;Wei Liu;Yang Gao;Zeng Baobao;Fu Chong;Meipeng Huang;Xudong Luo;Haidong Wu]
通讯作者: Jianwei Liang;Wei Liu;Yang Gao;Zeng Baobao;Fu Chong;Meipeng Huang;Xudong Luo;Haidong Wu
Effect of laser power on mechanical properties of SiC composites rapidly fabricated by selective laser sintering and direct liquid silicon infiltration
激光功率对选择性激光烧结和直接液态硅渗透快速制备SiC复合材料机械性能的影响
DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.03.203
发表时间: 2022-05-26
期刊: CERAMICS INTERNATIONAL
影响因子: 5.2
作者: [Chen, Xiao, Yin, Jie, Huang, Zhengren]
通讯作者: Huang, Zhengren
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    基于DLP光固化成型的透明氧化铝陶瓷的3D打印及其烧结动力学研究
    • 批准号:
      51872052
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      60.0万元
    • 批准年份:
      2018
    • 负责人:
      刘伟
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金