论文题目：LA-CVI法制备C/SiC复合材料的微结构设计与性能调控

答辩人：王晶

学科专业：材料学

答辩时间：2018年11月12日下午15:00

答辩地点：友谊校区超高温结构复合材料重点实验室三楼会议室

指导教师：成来飞

一、学位论文简介：

化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration, CVI) 法具有对纤维造成的损伤小、基体纯度高、工艺设备简单等优点，是连续碳纤维增韧碳化硅复合材料（C/SiC）产业化的少数几种主要制造技术之一。随着新型航空航天技术的发展，为保持构件承受机械载荷和气动载荷条件下的力学性能，CVI法制备构件时面临构件厚度增加(＞ 4mm )与封闭式结构两大挑战，这对CVI制备过程的渗透能力提出了更高的要求。为此，本文以提高C/SiC复合材料的渗透率与强韧化性能为目标，提出了采用飞秒激光辅助CVI（Laser Assisted Chemical Vapor Infiltration, LA-CVI）法制备C/SiC复合材料的新思路。通过系统研究飞秒激光对预制体传质通道制备的影响规律，以及传质通道对复合材料沉积速率、密度均匀性、性能等的调控机制，结合传质模型和相应模拟计算进行验证，以期提高复合材料的渗透率与致密度，调控复合材料强韧性。在此研究基础之上，通过第二相增韧封填预制体传质通道，拓展其功能性。主要研究内容如下：

（1）研究了飞秒激光扫描方式、加工功率、扫描速度及螺旋线扫描间距对C/SiC传质通道制备的影响，结合激光作用机理研究，获取了飞秒激光制备传质通道的优化工艺。

（2）研究了预制体传质通道对C/SiC复合材料微结构的调控规律，并应用传质演变耦合模型对其进行验证。

（3）研究了LA-CVI-C/SiC复合材料的力学性能与断裂失效行为，结合裂纹扩展失效模式与断面结构，获取了传质通道结构对C/SiC复合材料均匀性与力学性能调控机制。

（4）研究了在LA-CVI-C/SiC复合材料传质通道中封填SiCw/CNTs的复合材料工艺规律与性能调控，实现了复合材料的导热性能与导电性能的大幅度提升。

二、攻读博士学位期间以第一作者发表的与学位论文相关的学术论文及专

[1]Wang J, Wang C, Liu Y, et al. Microstructure and chemical bond evolution of diamond-like carbon films machined by femtosecond laser. Applied Surface Science, 2015, 340:49-55. (SCI: 000352213300007)；

[2]Wang J, Liu Y, Wang C, et al. Character and mechanism of surface micromachining for C/SiC composites by ultrashort plus laser. Advances in Applied Ceramics, 2017, 116(2):99-107. (SCI: 000395242500006)；

[3]Wang J, Cheng L, Liu Y, et al. Enhanced densification and mechanical properties of carbon fiber reinforced silicon carbide matrix composites via laser machining aided chemical vapor infiltration. Ceramics International, 2017,43(14):11538-11541. (SCI: 000405158100122)；

[4]Wang J, Liu Y, Cheng L, et al. Enhanced mechanical and electromagnetic wave absorption properties of ceramic matrix composites fabricated by novel laser machining assisted CVI. Journal of ceramic science and technology, 2018, 09[1]: 79-84. (SCI: 000429731000011)；

[5]王晶, 成来飞, 刘永胜.碳化硅陶瓷基复合材料加工技术研究进展. 航空制造技术, 15 (2016) 50-56

[6]Liu Y, Wang J, Li W, et al. Effect of energy density and feeding speed on micro-holes drilling in SiC/SiC composites by picosecond laser. Journal of Materials Processing Technology, 84 (2016) 1917-1925. (SCI: 000376462600013)；

[7]Li W, Liu Y, Wang J, et al. Effect of different parameters on machining of SiC/SiC composites via pico-second laser. Applied Surface Science, 364 (2016) 378-387. (SCI: 000369957800050)；

[8]Zhang R, Li W, Wang J, et al. Machining parameter optimization of C/SiC composites using high power picosecond laser. Applied Surface Science, 2015, 330:321-331. (SCI: 000349617400040)；

[9]Liu Y, Zhang R, Wang J, et al. Effect of machining parameter on femtosecond laser drilling processing on SiC/SiC composites. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 96 (2018) 1795–1811 (SCI: 000430539100028)；

[10]王晶、刘永胜、张青、成来飞、张立同。利用飞秒激光进行陶瓷基复合材料微孔加工的方法, 中国，专利号：ZL 2014 1 0757474.0；

[11]王晶、刘永胜、张青、成来飞、张立同。超短脉冲激光加工辅助CVI制备陶瓷基复合材料的方法, 中国，专利号：ZL 2015 1 08466880.9。