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复合材料手册第5卷：陶瓷基复合材料 
定 价：328 元
9 7 2 8 4 7 8 3 9 1 6 3 1  本书是《复合材料手册》（简称CMH-17）的第５卷，主要介绍了陶瓷基复合材料体系、组分及其制备工艺，给出了陶瓷基复合材料的设计指南、测试方法、数据处理方法以及提交CMH-17协调委员会的数据格式，收录了经CMH-17协调委员会认证的部分材料性能数据。 本书可供航空、材料领域及其他相关行业的工程技术人员、研发人员、管理人员以及高等院校师生参考使用。
一本一直被“催”的书——几年间出版社收到许多读者致电询问本书何时面世； 陶瓷基复合材料从业人员的可靠帮手； 教科书级的行业指南；
《复合材料手册》（CMH-17）为复合材料结构件的设计和制造提供了必要的资讯和指南。其主要作用是：① 规范与现在和未来复合材料性能测试、数据处理和数据发布相关的工程数据生成方法，并使之标准化。② 指导用户正确使用本手册中提供的材料数据，并为材料和工艺规范的编制提供指南。③ 提供复合材料结构设计、分析、取证、制造和售后技术支持的通用方法。为实现上述目标，手册中还特别收录了一些满足某些特殊要求的复合材料性能数据。总之，手册是对快速发展变化的复合材料技术和工程领域最新研究进展的总结。随着有关章节的增补或修改，相关文件也将处于不断修订之中。 CMH-17组织机构 《复合材料手册》协调委员会通过深入总结技术成果，创建、颁布并维护经过验证的、可靠的工程资讯和标准，支撑复合材料和结构的发展与应用。 CMH-17的愿景 《复合材料手册》成为世界复合材料和结构技术资讯的权威宝典。 CMH-17组织机构工作目标 ● 定期约见相关领域专家，讨论复合材料结构应用方面的重要技术条款，尤其关注那些可在总体上提升生产效率、质量和安全性的条款。 ● 提供已被证明是可靠的复合材料和结构设计、制造、表征、测试和维护综合操作工程指南。 ● 提供与工艺控制和原材料相关的可靠数据，进而建立一个可被工业部门使用的完整的材料性能基础值和设计信息的来源库。 ● 为复合材料和结构教育提供一个包含大量案例、应用和具体工程工作参考方案的来源库。 ● 建立手册资讯使用指南，明确数据和方法使用限制。 ● 为如何参考使用那些经过验证的标准和工程实践提供指南。 ● 提供定期更新服务，以维持手册资讯的完整性。 ● 提供最适合使用者需要的手册资讯格式。 ● 通过会议和工业界成员交流方式，为国际复合材料团体的各类需求提供服务。与此同时，也可以使用这些团队和单个工业界成员的工程技能为手册提供资讯。 注释 (1) 已尽最大努力反映聚合物（有机）、金属和陶瓷基复合材料的最新资讯，并将不断对手册进行审查和修改，以确保手册完整反映最新内容。 (2) CMH-17为聚合物（有机）、金属和陶瓷基复合材料提供了指导原则和材料性能数据。手册的前三卷目前关注（但不限于）的主要是用于飞机和航天飞行器的聚合物基复合材料，第４、５和６卷则相应覆盖了金属基复合材料（ＭＭＣ）、包括碳 碳复合材料（Ｃ—Ｃ）在内的陶瓷基复合材料（ＣＭＣ）及复合材料夹层结构。 (3) 本手册中所包含的资讯来自材料制造商、工业公司、专家、政府资助的研究报告、公开发表的文献以及参加CMH-17协调委员会活动的成员与研究实验室签订的合同。手册中的资讯已经经过充分的技术审查，并在发布前通过了全体委员会成员的表决。 (4) 任何可能推动本手册使用的有益的建议（推荐、增补、删除）和相关的数据可通过信函邮寄到： CMH 17 Secretariat, Wichita State University, 1845 Fairmount, Wichita, KS 67260, 或通过电子邮件发送到：info@cmh17.org?? 致谢 来自政府、工业界和学术团体的志愿者委员会成员帮助完成了本手册中全部资讯的协调和审查工作。正是由于这些志愿者花费了大量时间和不懈的努力，以及他们所在的部门、公司和大学的鼎力支持，才确保了本手册能够准确、完整地体现当前复合材料界的最高水平。 《复合材料手册》的发展和维护还得到了材料科学公司手册秘书处的大力支持，美国联邦航空局为该秘书处提供了主要资金。
焦健，研究员，1999年本科毕业于中国科学技术大学化学物理系，2003年硕士毕业于中科院大连化学物理研究所，2006年德国斯图加特大学获化学博士学位，2006-2009年在美国能源部橡树岭国家实验室进行博后研究。现任中国航发北京航空材料研究院表面工程研究所副所长兼陶瓷基复合材料中心主任，主要从事航空发动机用陶瓷基复合材料的研究。 陈秀华，高级工程师，现在上海交通大学航空航天学院任教，其主要研究方向为复合材料的设计、分析与试验验证技术；高温、超高温材料的分析与试验验证技术；飞机、航空发动机结构强度计算，设计优化理论；CAE仿真软件的开发。
第1章 总论 3 1.1 手册介绍 3 1.2 手册内容概述 4 1.3 第5卷内容及工作组简介 5 1.3.1 第5卷内容简介 5 1.3.2 陶瓷基复合材料工作组的目标 5 1.4 目的 7 1.5 范围 8 1.5.1 第1部分:指南 9 1.5.2 第2部分:设计和保障 9 1.5.3 第3部分:测试 9 1.5.4 第4部分:数据要求和数据集 9 1.6 文件的使用和限制 10 1.6.1 信息来源 10 1.6.2 数据的使用和应用指导 10 1.6.3 强度性能和许用值的术语 11 1.6.4 参考文献的使用 11 1.6.5 商标和产品名的使用 11 1.6.6 毒性??对健康的危害和安全性 11 1.6.7 消耗臭氧的化学物质 11 1.7 批准程序 12 1.8 符号??缩写以及单位制 12 1.8.1 符号和缩写 13 1.8.2 单位制 31 1.9 定义 33 参考文献 55 第2章 背景和概述 56 2.1 背景 56 2.2 CMC结构基础 57 2.3 手册目标 60 参考文献 61 第3章 工艺??表征和制造 66 3.1 CMC体系??工艺??性能和应用 66 3.1.1 CMC在航空发动机热端及排气部件上的应用 66 3.1.2 CMC体系??制备工艺及性能 68 3.1.3 SiC/SiC CMC体系 69 3.1.4 氧化物/氧化物CMC体系 83 3.2 纤维增强材料的类型和技术 89 3.2.1 引言 89 3.2.2 氧化物基陶瓷纤维 89 3.2.3 硅基陶瓷纤维 97 3.3 界面相/界面技术和方法 108 3.3.1 引言 108 3.3.2 界面相组成 113 3.3.3 总结 118 3.4 纤维架构的制造和成型 119 3.4.1 引言 119 3.4.2 纤维制造商 119 3.4.3 纤维铺设技术与设备 119 3.4.4 纤维编织 121 3.4.5 纤维结构选择 124 3.4.6 计算机建模与仿真 139 3.4.7 织物机织和编织厂商 140 3.5 外部防护涂层 141 3.5.1 非氧化物CMC的外部防护涂层 141 3.5.2 氧化物CMC的外部防护涂层 177 3.6 表征方法 195 3.6.1 引言 195 3.6.2 样品制备 195 3.6.3 光学显微镜 195 3.6.4 扫描电子显微镜 197 3.6.5 微观结构表征 198 3.6.6 三维微观结构评价 202 3.6.7 应用微焦X射线计算机断层成像的微观结构表征 203 3.7 无损评定方法(缺陷表征) 204 3.7.1 需求和要求 206 3.7.2 无损检测方法 207 3.7.3 材料状态和缺陷 226 3.7.4 转换/实施问题 230 3.7.5 检测验证 234 3.8 加工 236 3.8.1 引言 236 3.8.2 常规加工 237 3.8.3 超声加工 240 3.8.4 水射流加工 242 3.8.5 磨削加工 247 3.8.6 激光加工 248 3.8.7 电火花加工 249 参考文献 250 第4章 材料和生产过程的质量控制 272 4.1 引言 272 4.2 材料采购的质量保证程序 272 4.2.1 规范和文件 272 4.2.2 供应商层面控制 273 4.2.3 用户层面控制 274 4.3 部件制造验证 276 4.3.1 过程验证 276 4.3.2 无损检测 278 4.3.3 破坏性试验 279 4.4 材料和工艺的变更管理 281 4.4.1 引言 281 4.4.2 新材料或新工艺的验证 281 4.4.3 差异与风险 283 4.4.4 生产成熟度 287 第5章 应用??工程案例及经验 290 5.1 1974—1995年联合技术公司CerCompTM CMC的研发及测试历程 290 5.1.1 概述 290 5.1.2 引言 290 5.1.3 制备过程 291 5.1.4 模拟环境及地面装机考核 291 5.1.5 结论 295 5.2 SiC/SiC CMC燃烧室衬套研发及地面装机考核 295 5.2.1 概述 295 5.2.2 项目团队??研发策略及研发进度 296 5.2.3 CMC衬套设计 298 5.2.4 陶瓷基复合材料模拟环境考核 299 5.2.5 CMC地面装机考核 300 5.3 氧化物/氧化物CMC燃烧室衬套研发及地面装机考核 309 5.3.1 概述 309 5.3.2 项目团队??研发策略和研发进度 310 5.3.3 混杂氧化物CMC衬套的设计与制造 312 5.3.4 混杂氧化物CMC衬套模拟环境考核 313 5.3.5 混杂氧化物CMC衬套发动机模拟环境考核 315 5.3.6 考核后检测 318 参考文献 322 第6章 设计与分析 327 6.1 引言 327 6.2 应用和设计需求的定义 327 6.2.1 重要程度分类及范例 327 6.2.2 确立设计的需求(载荷??环境??寿命周期??持续时间等) 327 6.2.3 验证方案(验证及校验矩阵) 327 6.3 设计与分析的考虑因素??选择和方法 327 6.3.1 纤维类型 327 6.3.2 纤维形态与预制体 328 6.3.3 涂层及界面相 329 6.3.4 基体类型 329 6.3.5 考虑因素的选择 330 6.3.6 制造工艺的选择 330 6.3.7 输入属性的定义 330 6.4 材料与部件的模拟分析验证 330 6.4.1 全局有限元分析及局部微观模型 330 6.4.2 静力学??屈曲及振动分析 330 6.4.3 寿命预测或寿命终止属性的应用 330 6.4.4 环境因素对结构性能及寿命的影响 330 6.4.5 失效模式及影响分析 331 6.4.6 耐久性及损伤容限 331 6.4.7 热-力耦合模型 331 6.4.8 氧化-力耦合模型 331 6.4.9 线性及非线性失效分析 331 6.4.10 确定性及随机性分析方法 332 6.5 试验验证 332 6.5.1 材料性能测试及许用值(试样/元件试验) 332 6.5.2 典型设计特征(典型件试验) 332 6.5.3 关键结构(零件试验) 332 6.5.4 全尺寸结构验证(部件试验) 332 参考文献 332 第7章 维修与保障 333 7.1 检查能力 333 7.2 损伤及损伤容限 333 7.3 维修 333 7.4 寿命限制及标识牌 333 7.5 认证证明包 333 第8章 热-力-物理试验方法———总览 337 8.1 引言 337 8.1.1 积木式方法 337 8.1.2 试验级别和数据的使用 338 8.2 试验计划的编制 340 8.2.1 概述 340 8.2.2 基于统计性能的基准方法和替代方法 340 8.2.3 数据等同问题 340 8.2.4 试验方法选择 340 8.2.5 母体样本和规模 341 8.2.6 材料和工艺的差异 341 8.2.7 材料使用极限 341 8.2.8 非大气环境试验 341 8.2.9 数据归一化 341 8.2.10 数据文件 341 8.2.11 应用情况所特有的试验要求 341 8.3 推荐的试验矩阵 341 8.3.1 材料筛选 341 8.3.2 材料验证 342 8.3.3 材料验收试验矩阵 343 8.3.4 替代材料等同性实验矩阵 343 8.3.5 一般材料/结构元件试验矩阵 343 8.3.6 基准值的替代方法 343 8.3.7 作为CMH -17基准值的数据证实 343 8.4 数据处理和文件要求 343 8.4.1 引言 343 8.4.2 由复合材料得出的单层性能 343 8.4.3 数据归一化 343 8.4.4 数据文件的要求 346 第9章 提交CMH-17数据用的材料性能试验和表征 347 9.1 引言 347 9.2 材料和工艺规范要求 347 9.3 数据取样的要求 347 9.4 试验方法的要求 347 9.4.1 热性能 347 9.4.2 力学性能 353 9.4.3 物理性能 370 9.4.4 化学性能 374 9.4.5 电学性能 374 9.4.6 环境试验 374 第10章 增强体评估 376 10.1 引言 376 10.2 力学性能 376 10.2.1 弹性(泊松比??模量) 376 10.2.2 强度 376 10.2.3 蠕变/蠕变断裂 376 10.2.4 疲劳 376 10.3 热性能 376 10.3.1 热膨胀系数 376 10.3.2 热导率 376 10.3.3 环境(腐蚀??侵蚀??磨损等) 376 10.3.4 氧化 376 第11章 基体材料评估 377 11.1 引言 377 11.2 力学性能 377 11.2.1 弹性(泊松比??模量) 377 11.2.2 强度 377 11.2.3 蠕变/蠕变断裂 377 11.2.4 疲劳 377 11.3 热性能 377 11.3.1 热膨胀系数 377 11.3.2 热导率 377 11.3.3 环境(腐蚀??侵蚀??磨损等) 377 11.3.4 氧化 377 11.3.5 其他物理性能(粉末或预制体性能) 377 第12章 界面材料评估 378 第13章 复合材料评估 379 13.1 密度 379 13.1.1 适用性 379 13.1.2 测试方法 380 13.1.3 密度测试的注意事项 381 13.1.4 分析方法 383 13.1.5 数据报告 383 13.2 纤维体积分数 383 13.3 CTE 383 13.4 扩散性 383 13.5 比热容 383 13.6 拉伸 383 13.6.1 适用范围 383 13.6.2 测试方法 383 13.6.3 平面内拉伸测试的注意事项 384 13.6.4 样品制备 385 13.6.5 环境 385 13.6.6 测试次数 386 13.7 压缩 386 13.8 弯曲 386 13.9 剪切 386 13.9.1 适用范围 386 13.9.2 测试方法 386 13.9.3 剪切测试注意事项 387 13.9.4 样品制备 390 13.9.5 环境 390 13.9.6 测试次数 391 13.10 层间拉伸 391 13.11 缺口 391 13.11.1 缺口测试方法 391 13.11.2 缺口测试的注意事项 391 13.12 层间断裂韧性 392 13.13 裂缝扩展 392 13.14 蠕变 392 13.15 疲劳 392 13.16 TMF - 热机械疲劳 392 13.17 磨损 392 13.18 轴承 392 13.19 双向测试 393 参考文献 393 第14章 组合件试验——问题综述 394 14.1 引言 394 14.2 连接试验 394 14.2.1 定义 394 14.2.2 失效模式 394 14.2.3 热效应 394 14.2.4 连接构型 394 14.2.5 设计要求 394 14.2.6 材料挤压强度 394 14.2.7 开孔拉伸/压缩强度 394 14.2.8 热-机械疲劳强度 394 14.2.9 蠕变和应力断裂 394 14.2.10 紧固件验证试验 395 14.3 管 395 第15章 机械加工和研磨 396 15.1 引言 396 15.2 机械加工考虑事项 396 15.3 模具要求 396 15.4 试验件制备 396 第16章 数据的提交??格式和要求 399 16.1 引言 399 16.2 数据提交要求 400 16.2.1 材料和工艺规范要求 401 16.2.2 采样要求 401 16.2.3 测试方法要求 401 16.2.4 数据文件要求 402 16.3 格式和单位 406 16.4 设计特性 407 第17章 统计方法 408 17.1 引言 408 17.2 背景 408 17.2.1 基于统计的设计许用值 408 17.2.2 非结构化数据的基准值 408 17.2.3 批次间存在差异时的基准值(结构化数据) 409 17.2.4 计算软件 409 17.3 基于统计的材料特性的计算 409 17.3.1 多批次/环境数据的计算过程指南 409 17.3.2 使用单点法的计算过程指南 412 17.3.3 材料性能的长时间变化 414 17.4 材料等效性和材料验收的统计方法 414 17.4.1 确定同一材料的现有数据库和新数据集之间是否等效的测 试 414 17.4.2 过程控制的统计步骤 418 参考文献 422 第18章 CMC性能数据 423 18.1 引言 423 18.1.1 手册中数据的结构 423 18.1.2 数据的表述 423 18.2 CMC体系-性能数据 432 18.3 CMC体系-已有数据 432 18.3.1 9/99 EPM SiC/SiC 432 18.3.2 增强SiC/SiC 438 18.3.3 C/SiC 448 18.3.4 Hi-Nicalon/SiC(MI) 458 18.3.5 AS- N720 -1 464 18.3.6 Sylramic S-200 474 附录A LCF和破坏载荷中剩余强度减缩公式推导 483 索引 487
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