[发明专利]基于微孔隙增量表征CMCs在高温长时时效诱发的损伤的方法

说明书

本发明涉及陶瓷基复合材料结构损伤评估技术领域，公开了基于微孔隙增量表征CMCs在高温长时时效诱发的损伤的方法，具体步骤包括：S1：定义材料相对孔隙率增量Δζ；S2：定义CMCs的压缩强度退化函数；S3：基于压缩强度退化函数得到CMCs由高温长时时效诱发的损伤；S4：建立孔隙率与材料在相应的状态下压缩强度的关系，得到高温长时时效诱发CMCs的损伤与材料相应状态下微孔隙的孔隙率增量之间的关系。本发明提供的基于微孔隙增量表征CMCs在高温长时时效诱发的损伤的方法能够很好地预测高温长时时效诱发CMCs的损伤。

技术领域

本发明涉及陶瓷基复合材料结构损伤评估技术领域，尤其涉及基于微孔隙增量表征CMCs在高温长时时效诱发的损伤的方法。

背景技术

陶瓷基复合材料(Ceramic-Matrix Composites,CMCs)是一种轻质结构材料，其能在高温、氧化、疲劳、蠕变等状况下保持良好的性能而备受关注，因此，高速飞行器的热防护系统、涡轮发动机的火焰筒、涡轮导向叶片、涡轮外环、隔热屏和火焰稳定器等关键热端部件都可利用CMCs，这些应用对航空航天工程非常重要。

CMCs承热构件所服役的环境相当恶劣，除经受热机载荷外，还要承受高速气体产生的气动冲击载荷。当高温复合材料结构在高温环境下工作时，长时间暴露在高温下(高温时效)导致的热机械损伤，此损伤会引起材料微观结构、力学性能的改变。因此，定量表征和描述CMCs在长时高温时效作用下的损伤，对CMCs结构损伤的评估与预测对于CMCs结构件设计、复合材料许用值确定、寿命预测具有重大意义。

现有技术中，由于高温时效均涉及到高温实验测试，受实验室测试手段的限制，目前只能对经历了高温长时时效处理后的试样进行有限地分析而无法进行实时微观观测，缺乏对材料在高温时效作用下的微结构损伤演化机制的了解，对材料在高温时效作用下的微观结构演化与其相应状态宏观力学性能之间的相关性更是没有现成的经验与知识。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于微孔隙增量表征CMCs在高温长时时效诱发的损伤的方法，其能够很好地预测高温长时时效诱发CMCs的损伤。

基于微孔隙增量表征CMCs在高温长时时效诱发的损伤的方法，包括以下步骤：

S1：定义材料相对孔隙率增量Δζ；

S2：定义CMCs的压缩强度退化函数；

S3：基于压缩强度退化函数得到CMCs由高温长时时效诱发的损伤；

S4：建立相对孔隙率增量与材料在相应的状态下压缩强度的关系，得到高温长时时效诱发CMCs的损伤与材料相应状态下微孔隙的相对孔隙率增量之间的关系。

在一些实施方式中，在S1之前还包括S10：通过实验模拟进行高温长时时效处理，具体包括：

S101：将CMCs试样暴露在T_aging的等温高温环境中；

S102：试样在T_aging的等温高温环境下时效处理100小时至500小时；

S103：通过SEM对试样的微观结构进行表征，并采用压缩试验测量CMCs的压缩强度。

在一些实施方式中，使用压汞法测试在时效温度T_aging＝1200℃下材料的孔隙率。

在一些实施方式中，S1包括：

定义相对孔隙率增量：

式中，为当前材料的孔隙率，ζ₀为原始材料所具有的初始孔隙率，Δζ为材料的相对孔隙率增量。