《復(fù)合材料手冊》（CMH-17）為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的設(shè)計和制造提供了必要的資訊和指南。其主要作用是：① 規(guī)范與現(xiàn)在和未來復(fù)合材料性能測試、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)發(fā)布相關(guān)的工程數(shù)據(jù)生成方法，并使之標準化。② 指導(dǎo)用戶正確使用本手冊中提供的材料數(shù)據(jù)，并為材料和工藝規(guī)范的編制提供指南。③ 提供復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析、取證、制造和售后技術(shù)支持的通用方法。為實現(xiàn)上述目標，手冊中還特別收錄了一些滿足某些特殊要求的復(fù)合材料性能數(shù)據(jù)�？傊�，手冊是對快速發(fā)展變化的復(fù)合材料技術(shù)和工程領(lǐng)域最新研究進展的總結(jié)。隨著有關(guān)章節(jié)的增補或修改，相關(guān)文件也將處于不斷修訂之中。
CMH-17組織機構(gòu)
《復(fù)合材料手冊》協(xié)調(diào)委員會通過深入總結(jié)技術(shù)成果，創(chuàng)建、頒布并維護經(jīng)過驗證的、可靠的工程資訊和標準，支撐復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用。
CMH-17的愿景
《復(fù)合材料手冊》成為世界復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)資訊的權(quán)威寶典。
CMH-17組織機構(gòu)工作目標
● 定期約見相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥懻搹?fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面的重要技術(shù)條款，尤其關(guān)注那些可在總體上提升生產(chǎn)效率、質(zhì)量和安全性的條款。
● 提供已被證明是可靠的復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、表征、測試和維護綜合操作工程指南。
● 提供與工藝控制和原材料相關(guān)的可靠數(shù)據(jù)，進而建立一個可被工業(yè)部門使用的完整的材料性能基礎(chǔ)值和設(shè)計信息的來源庫。
● 為復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)教育提供一個包含大量案例、應(yīng)用和具體工程工作參考方案的來源庫。
● 建立手冊資訊使用指南，明確數(shù)據(jù)和方法使用限制。
● 為如何參考使用那些經(jīng)過驗證的標準和工程實踐提供指南。
● 提供定期更新服務(wù)，以維持手冊資訊的完整性。
● 提供最適合使用者需要的手冊資訊格式。
● 通過會議和工業(yè)界成員交流方式，為國際復(fù)合材料團體的各類需求提供服務(wù)。與此同時，也可以使用這些團隊和單個工業(yè)界成員的工程技能為手冊提供資訊。
注釋
(1) 已盡最大努力反映聚合物（有機）、金屬和陶瓷基復(fù)合材料的最新資訊，并將不斷對手冊進行審查和修改，以確保手冊完整反映最新內(nèi)容。
(2) CMH-17為聚合物（有機）、金屬和陶瓷基復(fù)合材料提供了指導(dǎo)原則和材料性能數(shù)據(jù)。手冊的前三卷目前關(guān)注（但不限于）的主要是用于飛機和航天飛行器的聚合物基復(fù)合材料，第４、５和６卷則相應(yīng)覆蓋了金屬基復(fù)合材料（ＭＭＣ）、包括碳 碳復(fù)合材料（Ｃ—Ｃ）在內(nèi)的陶瓷基復(fù)合材料（ＣＭＣ）及復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)。
(3) 本手冊中所包含的資訊來自材料制造商、工業(yè)公司、專家、政府資助的研究報告、公開發(fā)表的文獻以及參加CMH-17協(xié)調(diào)委員會活動的成員與研究實驗室簽訂的合同。手冊中的資訊已經(jīng)經(jīng)過充分的技術(shù)審查，并在發(fā)布前通過了全體委員會成員的表決。
(4) 任何可能推動本手冊使用的有益的建議（推薦、增補、刪除）和相關(guān)的數(shù)據(jù)可通過信函郵寄到：
CMH 17 Secretariat, Wichita State University, 1845 Fairmount, Wichita, KS 67260,
或通過電子郵件發(fā)送到：info@cmh17.org??
致謝
來自政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)團體的志愿者委員會成員幫助完成了本手冊中全部資訊的協(xié)調(diào)和審查工作。正是由于這些志愿者花費了大量時間和不懈的努力，以及他們所在的部門、公司和大學(xué)的鼎力支持，才確保了本手冊能夠準確、完整地體現(xiàn)當前復(fù)合材料界的最高水平。
《復(fù)合材料手冊》的發(fā)展和維護還得到了材料科學(xué)公司手冊秘書處的大力支持，美國聯(lián)邦航空局為該秘書處提供了主要資金。
第1章 總論 3
1.1 手冊介紹 3
1.2 手冊內(nèi)容概述 4
1.3 第5卷內(nèi)容及工作組簡介 5
1.3.1 第5卷內(nèi)容簡介 5
1.3.2 陶瓷基復(fù)合材料工作組的目標 5
1.4 目的 7
1.5 范圍 8
1.5.1 第1部分:指南 9
1.5.2 第2部分:設(shè)計和保障 9
1.5.3 第3部分:測試 9
1.5.4 第4部分:數(shù)據(jù)要求和數(shù)據(jù)集 9
1.6 文件的使用和限制 10
1.6.1 信息來源 10
1.6.2 數(shù)據(jù)的使用和應(yīng)用指導(dǎo) 10
1.6.3 強度性能和許用值的術(shù)語 11
1.6.4 參考文獻的使用 11
1.6.5 商標和產(chǎn)品名的使用 11
1.6.6 毒性??對健康的危害和安全性 11
1.6.7 消耗臭氧的化學(xué)物質(zhì) 11
1.7 批準程序 12
1.8 符號??縮寫以及單位制 12
1.8.1 符號和縮寫 13
1.8.2 單位制 31
1.9 定義 33
參考文獻 55
第2章 背景和概述 56
2.1 背景 56
2.2 CMC結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 57
2.3 手冊目標 60
參考文獻 61
第3章 工藝??表征和制造 66
3.1 CMC體系??工藝??性能和應(yīng)用 66
3.1.1 CMC在航空發(fā)動機熱端及排氣部件上的應(yīng)用 66
3.1.2 CMC體系??制備工藝及性能 68
3.1.3 SiC/SiC CMC體系 69
3.1.4 氧化物/氧化物CMC體系 83
3.2 纖維增強材料的類型和技術(shù) 89
3.2.1 引言 89
3.2.2 氧化物基陶瓷纖維 89
3.2.3 硅基陶瓷纖維 97
3.3 界面相/界面技術(shù)和方法 108
3.3.1 引言 108
3.3.2 界面相組成 113
3.3.3 總結(jié) 118
3.4 纖維架構(gòu)的制造和成型 119
3.4.1 引言 119
3.4.2 纖維制造商 119
3.4.3 纖維鋪設(shè)技術(shù)與設(shè)備 119
3.4.4 纖維編織 121
3.4.5 纖維結(jié)構(gòu)選擇 124
3.4.6 計算機建模與仿真 139
3.4.7 織物機織和編織廠商 140
3.5 外部防護涂層 141
3.5.1 非氧化物CMC的外部防護涂層 141
3.5.2 氧化物CMC的外部防護涂層 177
3.6 表征方法 195
3.6.1 引言 195
3.6.2 樣品制備 195
3.6.3 光學(xué)顯微鏡 195
3.6.4 掃描電子顯微鏡 197
3.6.5 微觀結(jié)構(gòu)表征 198
3.6.6 三維微觀結(jié)構(gòu)評價 202
3.6.7 應(yīng)用微焦X射線計算機斷層成像的微觀結(jié)構(gòu)表征 203
3.7 無損評定方法(缺陷表征) 204
3.7.1 需求和要求 206
3.7.2 無損檢測方法 207
3.7.3 材料狀態(tài)和缺陷 226
3.7.4 轉(zhuǎn)換/實施問題 230
3.7.5 檢測驗證 234
3.8 加工 236
3.8.1 引言 236
3.8.2 常規(guī)加工 237
3.8.3 超聲加工 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 電火花加工 249
參考文獻 250
第4章 材料和生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制 272
4.1 引言 272
4.2 材料采購的質(zhì)量保證程序 272
4.2.1 規(guī)范和文件 272
4.2.2 供應(yīng)商層面控制 273
4.2.3 用戶層面控制 274
4.3 部件制造驗證 276
4.3.1 過程驗證 276
4.3.2 無損檢測 278
4.3.3 破壞性試驗 279
4.4 材料和工藝的變更管理 281
4.4.1 引言 281
4.4.2 新材料或新工藝的驗證 281
4.4.3 差異與風險 283
4.4.4 生產(chǎn)成熟度 287
第5章 應(yīng)用??工程案例及經(jīng)驗 290
5.1 1974—1995年聯(lián)合技術(shù)公司CerCompTM CMC的研發(fā)及測試歷程 290
5.1.1 概述 290
5.1.2 引言 290
5.1.3 制備過程 291
5.1.4 模擬環(huán)境及地面裝機考核 291
5.1.5 結(jié)論 295
5.2 SiC/SiC CMC燃燒室襯套研發(fā)及地面裝機考核 295
5.2.1 概述 295
5.2.2 項目團隊??研發(fā)策略及研發(fā)進度 296
5.2.3 CMC襯套設(shè)計 298
5.2.4 陶瓷基復(fù)合材料模擬環(huán)境考核 299
5.2.5 CMC地面裝機考核 300
5.3 氧化物/氧化物CMC燃燒室襯套研發(fā)及地面裝機考核 309
5.3.1 概述 309
5.3.2 項目團隊??研發(fā)策略和研發(fā)進度 310
5.3.3 混雜氧化物CMC襯套的設(shè)計與制造 312
5.3.4 混雜氧化物CMC襯套模擬環(huán)境考核 313
5.3.5 混雜氧化物CMC襯套發(fā)動機模擬環(huán)境考核 315
5.3.6 考核后檢測 318
參考文獻 322
第6章 設(shè)計與分析 327
6.1 引言 327
6.2 應(yīng)用和設(shè)計需求的定義 327
6.2.1 重要程度分類及范例 327
6.2.2 確立設(shè)計的需求(載荷??環(huán)境??壽命周期??持續(xù)時間等) 327
6.2.3 驗證方案(驗證及校驗矩陣) 327
6.3 設(shè)計與分析的考慮因素??選擇和方法 327
6.3.1 纖維類型 327
6.3.2 纖維形態(tài)與預(yù)制體 328
6.3.3 涂層及界面相 329
6.3.4 基體類型 329
6.3.5 考慮因素的選擇 330
6.3.6 制造工藝的選擇 330
6.3.7 輸入屬性的定義 330
6.4 材料與部件的模擬分析驗證 330
6.4.1 全局有限元分析及局部微觀模型 330
6.4.2 靜力學(xué)??屈曲及振動分析 330
6.4.3 壽命預(yù)測或壽命終止屬性的應(yīng)用 330
6.4.4 環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)性能及壽命的影響 330
6.4.5 失效模式及影響分析 331
6.4.6 耐久性及損傷容限 331
6.4.7 熱-力耦合模型 331
6.4.8 氧化-力耦合模型 331
6.4.9 線性及非線性失效分析 331
6.4.10 確定性及隨機性分析方法 332
6.5 試驗驗證 332
6.5.1 材料性能測試及許用值(試樣/元件試驗) 332
6.5.2 典型設(shè)計特征(典型件試驗) 332
6.5.3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)(零件試驗) 332
6.5.4 全尺寸結(jié)構(gòu)驗證(部件試驗) 332
參考文獻 332
第7章 維修與保障 333
7.1 檢查能力 333
7.2 損傷及損傷容限 333
7.3 維修 333
7.4 壽命限制及標識牌 333
7.5 認證證明包 333
第8章 熱-力-物理試驗方法———總覽 337
8.1 引言 337
8.1.1 積木式方法 337
8.1.2 試驗級別和數(shù)據(jù)的使用 338
8.2 試驗計劃的編制 340
8.2.1 概述 340
8.2.2 基于統(tǒng)計性能的基準方法和替代方法 340
8.2.3 數(shù)據(jù)等同問題 340
8.2.4 試驗方法選擇 340
8.2.5 母體樣本和規(guī)模 341
8.2.6 材料和工藝的差異 341
8.2.7 材料使用極限 341
8.2.8 非大氣環(huán)境試驗 341
8.2.9 數(shù)據(jù)歸一化 341
8.2.10 數(shù)據(jù)文件 341
8.2.11 應(yīng)用情況所特有的試驗要求 341
8.3 推薦的試驗矩陣 341
8.3.1 材料篩選 341
8.3.2 材料驗證 342
8.3.3 材料驗收試驗矩陣 343
8.3.4 替代材料等同性實驗矩陣 343
8.3.5 一般材料/結(jié)構(gòu)元件試驗矩陣 343
8.3.6 基準值的替代方法 343
8.3.7 作為CMH -17基準值的數(shù)據(jù)證實 343
8.4 數(shù)據(jù)處理和文件要求 343
8.4.1 引言 343
8.4.2 由復(fù)合材料得出的單層性能 343
8.4.3 數(shù)據(jù)歸一化 343
8.4.4 數(shù)據(jù)文件的要求 346
第9章 提交CMH-17數(shù)據(jù)用的材料性能試驗和表征 347
9.1 引言 347
9.2 材料和工藝規(guī)范要求 347
9.3 數(shù)據(jù)取樣的要求 347
9.4 試驗方法的要求 347
9.4.1 熱性能 347
9.4.2 力學(xué)性能 353
9.4.3 物理性能 370
9.4.4 化學(xué)性能 374
9.4.5 電學(xué)性能 374
9.4.6 環(huán)境試驗 374
第10章 增強體評估 376
10.1 引言 376
10.2 力學(xué)性能 376
10.2.1 彈性(泊松比??模量) 376
10.2.2 強度 376
10.2.3 蠕變/蠕變斷裂 376
10.2.4 疲勞 376
10.3 熱性能 376
10.3.1 熱膨脹系數(shù) 376
10.3.2 熱導(dǎo)率 376
10.3.3 環(huán)境(腐蝕??侵蝕??磨損等) 376
10.3.4 氧化 376
第11章 基體材料評估 377
11.1 引言 377
11.2 力學(xué)性能 377
11.2.1 彈性(泊松比??模量) 377
11.2.2 強度 377
11.2.3 蠕變/蠕變斷裂 377
11.2.4 疲勞 377
11.3 熱性能 377
11.3.1 熱膨脹系數(shù) 377
11.3.2 熱導(dǎo)率 377
11.3.3 環(huán)境(腐蝕??侵蝕??磨損等) 377
11.3.4 氧化 377
11.3.5 其他物理性能(粉末或預(yù)制體性能) 377
第12章 界面材料評估 378
第13章 復(fù)合材料評估 379
13.1 密度 379
13.1.1 適用性 379
13.1.2 測試方法 380
13.1.3 密度測試的注意事項 381
13.1.4 分析方法 383
13.1.5 數(shù)據(jù)報告 383
13.2 纖維體積分數(shù) 383
13.3 CTE 383
13.4 擴散性 383
13.5 比熱容 383
13.6 拉伸 383
13.6.1 適用范圍 383
13.6.2 測試方法 383
13.6.3 平面內(nèi)拉伸測試的注意事項 384
13.6.4 樣品制備 385
13.6.5 環(huán)境 385
13.6.6 測試次數(shù) 386
13.7 壓縮 386
13.8 彎曲 386
13.9 剪切 386
13.9.1 適用范圍 386
13.9.2 測試方法 386
13.9.3 剪切測試注意事項 387
13.9.4 樣品制備 390
13.9.5 環(huán)境 390
13.9.6 測試次數(shù) 391
13.10 層間拉伸 391
13.11 缺口 391
13.11.1 缺口測試方法 391
13.11.2 缺口測試的注意事項 391
13.12 層間斷裂韌性 392
13.13 裂縫擴展 392
13.14 蠕變 392
13.15 疲勞 392
13.16 TMF - 熱機械疲勞 392
13.17 磨損 392
13.18 軸承 392
13.19 雙向測試 393
參考文獻 393
第14章 組合件試驗——問題綜述 394
14.1 引言 394
14.2 連接試驗 394
14.2.1 定義 394
14.2.2 失效模式 394
14.2.3 熱效應(yīng) 394
14.2.4 連接構(gòu)型 394
14.2.5 設(shè)計要求 394
14.2.6 材料擠壓強度 394
14.2.7 開孔拉伸/壓縮強度 394
14.2.8 熱-機械疲勞強度 394
14.2.9 蠕變和應(yīng)力斷裂 394
14.2.10 緊固件驗證試驗 395
14.3 管 395
第15章 機械加工和研磨 396
15.1 引言 396
15.2 機械加工考慮事項 396
15.3 模具要求 396
15.4 試驗件制備 396
第16章 數(shù)據(jù)的提交??格式和要求 399
16.1 引言 399
16.2 數(shù)據(jù)提交要求 400
16.2.1 材料和工藝規(guī)范要求 401
16.2.2 采樣要求 401
16.2.3 測試方法要求 401
16.2.4 數(shù)據(jù)文件要求 402
16.3 格式和單位 406
16.4 設(shè)計特性 407
第17章 統(tǒng)計方法 408
17.1 引言 408
17.2 背景 408
17.2.1 基于統(tǒng)計的設(shè)計許用值 408
17.2.2 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的基準值 408
17.2.3 批次間存在差異時的基準值(結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)) 409
17.2.4 計算軟件 409
17.3 基于統(tǒng)計的材料特性的計算 409
17.3.1 多批次/環(huán)境數(shù)據(jù)的計算過程指南 409
17.3.2 使用單點法的計算過程指南 412
17.3.3 材料性能的長時間變化 414
17.4 材料等效性和材料驗收的統(tǒng)計方法 414
17.4.1 確定同一材料的現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫和新數(shù)據(jù)集之間是否等效的測
試 414
17.4.2 過程控制的統(tǒng)計步驟 418
參考文獻 422
第18章 CMC性能數(shù)據(jù) 423
18.1 引言 423
18.1.1 手冊中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu) 423
18.1.2 數(shù)據(jù)的表述 423
18.2 CMC體系-性能數(shù)據(jù) 432
18.3 CMC體系-已有數(shù)據(jù) 432
18.3.1 9/99 EPM SiC/SiC 432
18.3.2 增強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
附錄A LCF和破壞載荷中剩余強度減縮公式推導(dǎo) 483
索引 487
書單推薦
