(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111468191.0 (22)申请日 2021.12.0 3 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 赵陈伟　叶大海　毛军逵　屠泽灿　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人 柏尚春 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 高温氧化下碳纤维增韧陶瓷基复合材料导 热系数预估方法 (57)摘要 本发明公开了一种高温氧化下碳纤维增韧 陶瓷基复合材料导热系数预估方法， 首先， 获取 材料发生氧化时的几何结构特征变化规律建立 材料发生氧化后的RVE模型； 其次， 将氧化缺口深 度δ特征引入到RVE模型中， 得到能够氧化特征 的修正RVE模型； 然后， 将修正RVE模型沿着纤维 轴向划分为五个特征区域， 针对每个特征区域分 别建立其等效轴向热阻， 将五个区域的轴向热阻 串联即可得到材料的整体轴向热阻网络， 求解得 到轴向导热系； 最后， 对修正RVE模型进行同样区 域划分， 得到横向导热系数。 本发明可 以在预测 材料在不同氧化温度和氧化时间条件下的导热 系数。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114329907 A 2022.04.12 CN 114329907 A 1.一种高温氧化下碳纤维增韧陶瓷基复合材料导热系数预估方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： (1)根据单向纤维增韧C/SiC陶瓷基复合材料的微观扫 描电镜照片， 获取单向纤维增韧 C/SiC陶瓷基复合材料的基本几何特征， 并建立单向纤维增韧C/SiC陶瓷基复合材料的RVE 模型； (2)根据氧化动力学原 理计算得到纤维和界面发生氧化后的几何变化特征即氧化缺口 深度δ； 并将氧化缺口深度δ特征引入到步骤(1)建立的RVE模型中， 得到能够氧化特征的修 正RVE模型； (3)将步骤(2)得到的修正RVE模型沿着纤维轴向划分为五个特征区域； 其中第 Ⅰ和第V 区域由纤维、 界面层和基体组成； 第 Ⅱ和第Ⅳ区域由纤维、 氧化缺口和基体组成； 第 Ⅲ区域 由纤维、 氧化缺口和裂纹组成； 针对每个特征区域分别建立其等效轴向热阻， 将五个区域的 轴向热阻串联即可得到材料的整体轴向热阻网络， 求解轴向热阻网络 即可得到材料的轴向 导热系数 预测公式； (4)修正RVE模型的区域划分与 步骤(3)保持一致， 在建立热阻网络时， 针对每个区域分 别建立其等效横向热阻， 然后将五个区域的横向热阻并联即可得到材料 的整体横向热阻， 然后求解热阻网络即可 得到材料的横向导热系数 预测公式。 2.根据权利要求1所述的高温氧化下碳纤维增韧陶瓷基复合材料导热系数预估方法， 其特征在于， 所述基本几何特征包括特征单元的长宽高尺寸、 纤维直径、 裂纹尺寸和界面层 厚度。 3.根据权利要求1所述的高温氧化下碳纤维增韧陶瓷基复合材料导热系数预估方法， 其特征在于， 步骤(3)所述轴向热阻网络由五个等效热阻串联构成， 每个等效热阻由3个基 本的热阻并联而成， 每个热阻都反应了相应区域的结构特征； 其中， 区域 Ⅰ和V的轴向热阻反 应的是纤维、 基体和界面层的组合热阻特性； 域 Ⅱ和Ⅳ的轴向热阻反应的是纤维、 基体和氧 化缺口的组合热阻特性； 区域 Ⅲ的轴向热阻反应的是纤维、 基体裂纹和氧化缺口组合下 的 热阻特性。 4.根据权利要求1所述的高温氧化下碳纤维增韧陶瓷基复合材料导热系数预估方法， 其特征在于， 步骤(3)所述材 料的轴向导热系数公式为： 其中区域 Ⅰ的轴向长度为Lr＝(L‑Le)/2， Le为氧化缺口的宽度， Rm,I,Ri,I,Rfa,I分别为区域 Ⅰ中基体、 界面层和纤维的轴向热阻， rf为纤维的半径， λm为基体的导热系数， λi为界面层的 导热系数， λfa为纤维的轴向导热系数； 区域Ⅰ的轴向热阻Rea,I通过并联Rm,I,Ri,I,Rfa,I得到： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114329907 A 2区域V的轴向热阻Rea,V为： 对于区域 Ⅱ： 其中， Rm,Ⅱ,Ri,Ⅱ,Rfa,Ⅱ分别为区域 Ⅱ中基体、 界面层和纤维的轴向热阻， λgas为氧化缺口 的导热系数； 区域Ⅱ的轴向等效热阻通过并联Rm,Ⅱ,Ri,Ⅱ,Rfa,Ⅱ得到： 区域V的轴向热阻Rea,Ⅳ为： 对于区域 Ⅲ： 其中， Rfa,Ⅲ为区域Ⅲ中纤维的轴向热阻， Rgas,Ⅲ为区域Ⅲ中氧化缺口和裂纹的轴向热阻； 区域Ⅲ的轴向热阻Rea,Ⅲ通过并联Rgas,Ⅲ,Rfa,Ⅲ得到： RVE模型的轴向热阻Rea通过串联Rea,I,Rea,Ⅱ,Rea,Ⅲ,Rea,Ⅳ,Rea,V得到： Rea＝Rea,I+Rea,Ⅱ+Rea,Ⅲ+Rea,Ⅳ+Rea,V RVE模型的轴向导热系数 λea通过Rea求得： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114329907 A 3