MIL-HDBK-17F Vol.5 2002年6月17日 复合材料手册 第五卷陶瓷基复合材料 二O。四年九月
译者序 MIL-HDBK-17《复合材料手册》是由美国国防部下属的MIL-HDBK-17协调 委员会编制，有关复合材料性能表征、性能数据和在结构中应用指南的军用手 册，它是对美国和欧洲过去30余年复合材料研究、设计和使用经验的全面总结， 同时也是美国陆海空三军、NASA(美国国家航空和宇宙航行局)，FAA(美国 民航管理局)及工业界应用复合材料及其结构的最具权威的指导文件。该委员 会成立于1970年代初期(MIL-HDBK-17A于1971年1月颁布)，美国数百位复合 材料专家参与了手册的编写和改版。该手册原名《聚合物基复合材料手册》分 为三卷，迄今已进行过6次改版，内容得到了不断的更新和补充。它们是： 第一卷《结构材料表征用聚合物基复合材料指南》 第二卷《聚合物基复合材料性能》 第三卷《聚合物基复合材料的使用、设计和分析》 最新版本是2002年6月17日颁布的MIL-HDBK-17F版本，此次改版不仅对聚 合物基复合材料增添了大量内容，体现了近年来技术和应用的飞跃发展，而且 增加了金属基复合材料和陶瓷基复合材料（包括碳碳复合材料）的内容，书名 改为《复合材料手册》，并增加了两卷，即： 第四卷《金属基复合材料》 第五卷《陶瓷基复合材料》 鉴于该手册对我国复台材料研究及其应用有着重要的意义，中国飞机强度 研究所新结构研究中心、西北工业大学超高温复合材料重点实验室和国防科技 工业标准化研究中心联合组织了本手册的翻译出版，为了保证翻译质量，参与 这项工作的多数人员都是长期从事复合材料究和应用工作的专家，全书由沈 真统校。 本书的翻译出版还得到了中国航空工业第一集团公司科技发展部宋国珍、 德固萨太平洋有限公司胡培、北京航空：航天大学杨乃宾和中国飞机强度研究所 102组刘俊石、孙坚石、沈薇和徐国栋的大力支持，其中第四卷和第五卷的翻译 出版得到了国防973项目的支持，在此一并表示感谢。 译校工作组 2004年：7月
前言 1.经批准，本复合材料手册系列，MIL-HDBK-17,适用于国防部的所有部门与机构。 2.本手册仅作为指南使用。不得将此手册作为要求引用。如果用作要求，承包商不必强 制遵守。这个指令仅只是国防部的要求：并不适用于联邦航空局(FAA)或其他政府 机构。 3.手册力求反映聚合物（有机物），金属及陶瓷基复合材料的最新信息。为了保持手册的 完整性和先进性，将不断对这手册进行审阅和修订。给秘书处的文件应当直接送到： Materials Sciences Corporation,MIL-HDBK-17 Secretariat,500 Office Center Drive,Suite 250,Fort Washington,PA 19034. 4.MIL-HDBK-17提供了聚合物（有机）、金属、和陶瓷基复合材料的指南和材料性能。 目前，这个手册的前三卷专注于飞机和宇航飞行器应用的聚合物基复合材料，但并不 仅限于此。关于金属基复合材料(MMC)和陶瓷基复合材料(CMC),包括碳碳复合 材料(CC),则分别收入第四和第五卷。 5.这个标准化的手册由国防和联邦航空管理局共同开发和维护，并将其作为双方共同 努力的成果。 6.木手册所包含的信息来源于材料生产商、工业界、政府资助的研究、公开文献、与明 究研究工作实验案以及所有参与MIL-HDBK-17协阀L作部]的父流。 7.本手册中包含的信息和数据在出版前已与工业界、美国陆军、美国海军、美国空4：、 NASA、以及美国联邦航空局的代表一起，进行了整理与评定， 8.可以由文献自动处理与成果服务部门得到这个文件的酿本与j修订木：The Document Automation and Production Service (DAPS),Bldg.4D,(DODSSP:ASSIST),700 Robbins Avenue,Philadelphia,PA 19111-5094. 9.有益的评论（建议、增加、删节），以及可以用来完善本义件的任何关数据，应当使 用此文件结尾处提供的标准文件改进建议(DD Form1426)或信医，提交：US.Amy Research Laboratory,Weapons and Materials Research Directorate,Attn:AMSRL-WM-MA. Aberdeen Proving Ground,MD 21005-5069
美国军用手册ML-HDBK-17F“复合材料手册” 译校工作组 顾问：张立同孙侠生 组长：沈真 副组长：成来飞杨胜春萧雪梅柴亚南 成员：（按姓氏笔划排列） 丁惠梁马祖康王宝生王炜王俭王林石定杜 孙曼林羊妗华云峰李野李新祥李武铨杨文彬 陈普会陈晋陈照峰张开达郑锡涛武文明顾志芬 高列义徐继南陶梅贞崔德渝童贤鑫谢鸣九 编辑：王俭杨胜春 美国军用手册IIL-HDBK-17F“复合材料手册” 第五卷译校名单 翻译：王宝生王炜王林华云峰杨文彬陈晋陈照峰 武文明高列义 校对：成来飞丁惠梁沈真
目录 Part A:引言和指南 第1章MIL-17指南和规程 1.】引言 1.1.】陶瓷基复合材料(CC)工作组的日标 1.1.1.1数据审核工作组的日标和任务 2 1.1.1.2材料与工艺工作组的对象、日标与目的. …2 1.1.1.3结构分析和设计程序工作组的远景、日标及日的 .2 1.1.1.4试验工作组的远景、目标及月的 3 】.2目的. 1.3范围 1.3.1PatA:引言和指南 1.3.2PatB:设计的可支持性 1.3.3PatC:试验 13.4PatD:数据要求和数据集… 、 1.4文件的使用和限制… 5 】.4.】信息米源 1.4.2数据的使用和应用指南… .4.3强度性能和许用值的术语。 6 1.4.4文献的使用… ……6 】.4.5商标和产品名的使月.… .6 】.4.6毒性、对健块的危害和安全性 …6 14.7消耗臭氧的化学物质 ….6 1.5批准程序.… …7 1.6符号、缩写以及单位体系 1.6.】符号和缩写 1.6.1.1组分的性能. 13 1.6.1.2单层与层压板… 14 1.6.1.3 下标 1.6.1.4上.标 16 1.6.1.5 缩写词… …l7 1.6.2单位制 20 1.7定义.21 1
第2章 引言、历史和概述 2.】历史和概述… 2.2应用 第3章工艺、表征和制造 ....43 3.1CIC体系、工艺、性能和应用 ,43 3.1.1CMC工艺方法. 43 3.1.1.1化学气相渗透(CVI)CMC 43 3.1.1.2直接金属氧化(DIMOX) .45 3.1.1.3 聚合物转化陶瓷… …47 3.1.1.4碳-碳复合材料… ..50 3.1.1.5氧化物体系一烧结/热压 .51 3.1.1.6溶胶-凝胶工艺 51 3.1.1.7挤体渗透 55 3.1.1.8反应工艺 57 3.1.【.9纤谁独石（FM) 58 3.1.1.10混杂体系… .60 3.2纤维增强体系和技术 61 3.2.1引言-一CMC中增强体的作用和功能 3.2.2连￥续千 .6 322.】氧化物纤维…6】 3.2.2.2SiC长g..63 3.2.2.3小直径SC基纤维… .65 3.2.2.4 碳纤维… .66 3.2.3连绞陶瓷纤维的高温性能…。 74 3.2.3.】碳纤维 75 32.4非连续增强体一晶须、颗粒和自增韧… .75 33界面相/界面技术和方法 .75 3.3.1引言… .75 3.3.1】纤维界面和界面层的作用及要求 .76 3.3.1.2制备纤维界面层. …77 3.3.2界而组分 79 3.3.2.1碳. 79 3.3.2.2氨化硼.… 79 3.3.2.3氧化物.… .80 3.3.3其他… .82 34纤维织构的制备和成形 82 3.4.1概述 82 3.4.2纤维织构.82
www.bzfxw.com
3.4.2.1无纬布… …84 3.4.2.22-D机织织构 .84 3.4.2.33-D织构 .84 3.4.2.42-D编织织构 ….84 3.4.2.53-D编织织构 84 3.4.3机织和编织织物的制造商 .84 3.5外部防护界面层 85 3.5.】外部界面层功能 .85 3.5.1.1环境保护 .85 3.5.1.2热控制.… ……85 3.5.1.3磨损和膀蚀 85 3.5.1.4信号控制… 85 3.5.1.5空气动力表面的控制 .85 3.5.2组分和制造方法 .85 3.5.2.1组分和结构…。 .86 3.5.2.2制造方法 86 3.5.3工程注意事项 …86 3.5.3.1热力学相容性 .86 3.5.3.2界面层工艺相容性… …86 3.5.3.3机械相容性… 86 3.5.3.4部件几何形状可界面层性 .87 3.5.3.5界面层的环境稳定性 87 3.5.4CMC外部界面层举例. .87 3.6表征方法（化学的和微观结构的） .87 3.6.】块体复合材料… .87 3.6.1.1组分 .87 3.6.1.2密度 87 3.6.1.3孔隙率… 87 3.6.1.4微结构… 87 3.6.1.5 缺陷… 87 3.6.1.6其他物理性能 .87 3.6.2纤维/增强体 88 3.6.2.1组分 .88 3.6.2.2 密度. …8S 3.6.2.3孔隙率 88 3.6.2.4微结构 88 3.6.2.5缺陷 .88 3.6.2.6 浸润剂 88 3.6.2.7滑移 …8S ill
www.bzfxw.com
3.6.2.8其他物理性能 88 3.6.3基体 88 3.6.3.1组分 .88 3.6.3.2密度 88 3.6.3.3孔隙率 88 3.6.3.4微结构.… 88 3.6.3.5 缺陷… 88 3.6.3.6其他物理性能 .88 3.6.4界面.。 3.6.4.1组分/化学相.89 3.7C1C无损评定方法（缺陷表征） 89 3.7.】需要和要求 37.2成本… .90 3.7.3标准. 90 3.7.4扫前的方法和状态… ..90 3.7.4.】孔隙率… 91 3.7.4.2 密度… .93 3.7.4.3 要求的热性能 .94 37.4.4缺陷深测 .95 3.7.4.5 NDENDC的使用检测(ISI) .95 37.5正在研究中的方法 .96 3.8原始材料的质量控制 .96 39机械加工 .96 第4章最终产品的质量控制 497 4.1 引言… .97 4.2质量保证… 97 4.3 材料性能的验证… 97 4.4统计的过程控制… .97 第5章应用、各种情况的历史和经验教训 .97 参考文献… .98 PART B 设计和可支持性 第6章 设计和分析 101 6.1引言 …101 6.2设计考虑的问题…。 .101 62.】CMC设计指南.… .101 iv
www.bzfxw.com
6.2.2CMC设计系统的状态… .101 6.2.3CMC部件的设计和发展 101 6.2.4设计许用值 4 …101 6.3设计要求 …101 63.】静力和蠕变载荷一一机械，热，应力糯变断裂，热条痕（缺陷） ,101 6.3.2低周疲劳 .101 6.3.3高周疲劳 10 6.3.4热循环… 101 6.3.5热-机械疲劳 102 6.4设计准则… .102 6.4.1耐久性要求 102 6.4.2损伤容限 102 6.5数据要求… nie442e44444444048,0, 6.5.1剔除试验(Killer tests) 4444440 6.5.1.1环境调节和预裂纹 …102 6.5.1.2载荷. .102 6.5.1.3在定常应力下的梯级温度糯变 ..111000010 102 6.5.1.4在定常温度下的梯级应力蠕变 102 6.5.1.5低周疲劳试验 4444444 …102 6.5.1.6高周疲劳试验 102 6.5.2具有结构外形的试件 102 6.5.3具有层间裂纹的复合材料“T”型子元件 102 6.6接头… .103 6.6.1无热接头设计 103 6.6.2无热卷曲衬垫 103 6.6.3无热平板衬热 103 6.6.4肋加强衬垫 103 6.6.5复合材料紧陶件没讨 103 第7章 可支持性 104 7.1 引言和术语.… .104 7.2支持性要素 .10 72.】系统工程和-体化 104 7.2.2连接.… 104 7.2.3可检性 104 7.2.4可修理性 .104 7.2.5可维护性 .104 7.2.6环境依顺性 104 7.2.7 支持的实施.… 104
www.bzfxw.com
7.2.8后勤要求 440,, PART C试验 第8章热-力学物理试验方法一总览 105 8.1引言 105 8.11积木式方法 4.05 8.1.2试验级别和数据的使用 .106 8.1.2.1结构复杂性级别 106 8.1.2.2数据应用分类 .106 8.2试验计划的编制… 107 8.2.1概达… 107 8.22基于统计性能的基准方法和替代方法 .107 8.2.3数据等同问题 .107 8.24试验方法选择. .108 8.2.5母体样本和规模 .108 8.2.6材料和工艺的变异 44 .108 8.2.7材料使用极限 .108 82.8非大气环境试验 …108 82.9数据归-…化 …08 8.2.10数据文件 .108 8211应用情况所特有的试验要求」 .108 8.3推荐的试验矩阵… …108 8.3.1材料筛选… .108 8.3.2材料收证 .109 8.3.3材料验收试验矩阵… 8.3.4 替代材料等同性试验矩阵… 110 8.3.5一般材料结构元件试验矩阵…110 8.3.6基准值的替代方法…。 8.3.7为使用MIL-HDBK-17基准值的数据证实 .110 8.4数据处理和文件要求 110 8.4.1引言 …110 8.4.2由复合材料得出的单层性能 .110 8.4.3数据归一化 8.4.3.1归-化理论 .1川0 8.4.3.2归-一化方法… 8.4.3.3归一化理论的实际应用， 4…112 8.4.4数据文件的要求… .112 vi
www.bzfxw.com