“CVI+压力PIP”混合工艺制备低成本 C/SiC复合材料

以低成本填料改性有机硅浸渍剂作为先驱体,采用"化学气相渗透法+压力先驱体浸渍裂解法"(CVI+P-PIP)混合工艺制备了低成本C/SiC陶瓷复合材料.研究了浸渍剂裂解机理,探讨了界面涂层对复合材料性能的影响.结果表明,填料改性有机硅浸渍剂裂解产物结构致密、陶瓷产率高;压力可提高填料改性有机硅浸渍剂的致密效率.混合工艺充分利用沉积SiC基体和裂解SiC基体的致密化特点,有效缩短了制备周期.C/SiC/C三层界面不仅可降低纤维/基体之间结合强度界面,提高了复合材料韧性;而且减缓了氧化性气体扩散到碳纤维表面的速度,改善了复合材料的抗氧化性能.复合材料的抗弯强度达到455MPa,断裂韧性达到15.7MPa·m-1/2.在1300℃空气中氧化3h,复合材料失重仅8.5%.     

C/SiC-SiB_4复合材料的制备及氧化行为

在多孔C/SiC中渗入SiB4微粉后,采用先驱体浸渍裂解(PIP)结合化学气相渗透(CVI)法进行致密化制备C/SiC-SiB4复合材料.利用XRD、EDS、SEM分析了材料的组分及微结构.研究了材料在500～1000℃静态空气的氧化行为,并与致密C/SiC复合材料的氧化行为进行了比较.结果表明,SiB4主要渗入到纤维束间,它与随后PIP及CVI法引入的SiC较好地结合在一起.在氧化过程中,SiB4起自愈合作用,它能减缓碳纤维和界面的氧化.在600～900℃氧化10h后,C/SiC-SiB4的失重率均比致密C/SiC小,抗弯强度没有明显降低,且均比致密C/SiC高.     

先驱体浸渍裂解结合化学气相渗透工艺下二维半和三维织构SiC/SiC复合材料的结构与性能

通过先驱体浸渍裂解工艺结合化学气相渗透工艺(PIP+CVI)制备了二维半(2.5D)和三维(3D)编织结构的碳化硅纤维增强碳化硅基(SiC/SiC)复合材料,对两者的密度、热导率、力学性能以及微观结构等进行了测试分析。结果表明,PIP+CVI工艺制备的SiC/SiC复合材料具有较低的密度(1.98~2.43g·cm-3)和热导率(0.85~2.08 W·m~(-1)·K~(-1)),初期CVI纤维涂层能够提高纤维-基体界面剪切强度(~141.0 MPa),从而提高SiC/SiC复合材料的力学性能,后期CVI整体涂层明显提高了2.5DSiC/SiC复合材料的密度、热导率和力学性能,对3DSiC/SiC复合材料性能的影响不明显。     

炭纤维针刺预制体增强C/SiC复合材料的制备与性能研究

以炭纤维复合网胎针刺织物为预制体, 采用“化学气相渗透法+先驱体浸渍裂解法”(CVI+PIP)混合工艺, 制备了C/SiC陶瓷复合材料; 研究了针刺预制体的致密化效率以及复合材料的微观结构和力学性能, 并与目前常用的三维编织C/SiC复合材料和预氧丝针刺织物增强C/SiC复合材料进行了对比. 结果表明, 针刺预制体的致密化效率明显高于三维编织预制体, 在相同致密工艺条件下, 炭纤维针刺织物增强复合材料和预氧丝针刺织物增强复合材料的密度分 别达到2.08和2.02g/cm³, 而三维编织预制体增强复合材料的密度仅为1.81g/cm³. 炭纤维针刺复合材料的力学性能高于预氧丝针刺复合材料, 弯曲强度和剪切强度分别达到237和26MPa.     

不同先驱体制备C/SiC复合材料及其浸渍行为

采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP工艺)制备C/SiC复合材料, 研究了不同先驱体对复合材料浸渍行为的影响(三种先驱体分别为固态聚碳硅烷(PCS(s))、液态聚碳硅烷Ⅰ(PCS-Ⅰ(l))和液态聚碳硅烷Ⅱ(PCS-Ⅱ(l)), 制备的三种复合材料体系分别为C/SiC-0、C/SiC-Ⅰ和C/SiC-Ⅱ)。结合C/SiC复合材料的力学性能以及不同裂解周期C/SiC复合材料的微观形貌, 研究了不同先驱体制备的C/SiC复合材料对碳纤维织物浸渍行为的影响。研究结果表明: C/SiC-Ⅰ复合材料的室温弯曲强度最高, 达到336 MPa。不同裂解周期的微观形貌显示, C/SiC-0复合材料内部孔隙分布于碳纤维束间; C/SiC-Ⅰ复合材料内部较致密, 孔隙分布均匀; C/SiC-Ⅱ复合材料基体和束丝内部都存在孔隙, 说明三种聚碳硅烷浸渍液对C/SiC复合材料有不同的浸渍效果。凝胶渗透色谱(GPC)的分析结果显示, 由于浸渍液的分子量不同, 大分子无法浸渍到碳纤维束丝内部, 会造成裂解后的复合材料束内SiC基体较少, 造成其力学性能较低。     

SiCf/SiC复合材料的制备与力学性能

分别采用先驱体裂解-热压和先驱体浸渍-裂解方法制备出了SiCf/SiC复合材料.重点探讨了不同制备工艺对复合材料纤维/基体间界面和断裂行为的影响.研究表明,采用先驱体裂解-热压工艺制备复合材料时,虽然烧结液相可以促进复合材料的致密化,但其同时导致纤维与基体间的界面结合强以及纤维本身性能的退化,因此复合材料表现为脆性断裂,具有较低的力学性能.而采用先驱体浸渍-裂解法制备复合材料时,由于致密化温度较低,复合材料中纤维与基体的界面结合较弱,而且纤维的性能保留率较高,因此,纤维能够较好地发挥补强增韧作用,复合材料具有较好的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别为703.6MPa和23.1Pa.m1/2.     

1800℃热处理对PIP法C/SiC复合材料结构和性能的影响

采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),研究氩气中1800℃热处理对先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制备三维编织C/SiC复合材料结构和性能的影响。结果表明:在1800℃热处理过程中,C/SiC复合材料的界面处发生了碳热还原反应和硅扩散,导致基体和纤维之间产生化学结合,纤维受到损伤;1800℃热处理后,PIP法C/SiC复合材料出现8%的失重率,力学性能急剧下降80%以上,断裂行为由韧性转变为脆性断裂。     

制备工艺对Cf/SiC复合材料力学性能的影响

分别采用先驱体裂解-热压和先驱体浸渍-裂解方法制备出了Cf/SiC复合材料.重点探讨了不同制备工艺对复合材料纤维/基体间界面和力学性能的影响.研究表明,采用先驱体裂解-热压工艺制备复合材料时,由于制备温度较高,复合材料中纤维与基体间的界面结合强,同时纤维本身性能的退化严重,因此复合材料表现为脆性断裂,具有较低的力学性能.而采用先驱体浸渍-裂解法制备复合材料时,由于致密化温度较低,复合材料中纤维与基体的界面结合较弱,而且纤维的性能保留率较高.因此,纤维能够较好地发挥补强增韧作用,复合材料具有较好的力学性能, 其抗弯强度和断裂韧性分别为573.4MPa和17.2 MPa*m1/2.     

注凝成型结合先驱体转化制备C/SiC复合材料研究

采用注凝成型工艺在碳纤维编织件中引入SiC微粉,然后采用先驱体转化法进一步致密化,以缩短C/SiC复合材料的制备周期.考察了不同固相含量的SiC浆料对制备周期、密度、孔隙率及力学性能的影响.结果表明,注凝成型工艺引入的SiC微粉分布在纤维束间,当固相含量达到30%(体积分数)时,后期PIP工艺周期数比PCS/二甲苯溶液反复浸渍-裂解所用周期数缩短了1/3,但引入的SiC微粉对材料力学性能影响较大.     

C/C复合材料基体改性研究现状

基体改性是对C/C复合材料进行氧化防护的主要措施之一.综合国内外近几年的研究报道,重点介绍了3种基体改性方法,指出基体置换法将是今后的研究重点,而SiC陶瓷是比较理想的置换炭基体的材料.综述了化学气相渗透法(CVI)、先驱体转化法(PIP)和液相渗硅法(LSI)制备C/C-SiC复合材料的优点及其不足.对C/C复合材料的抗氧化研究方向提出了一些见解.     

高性能制动系统用炭纤维增强炭和SiC双基体(C/C-SiC)复合材料

C/C-SiC制动材料具有密度低、耐高温、制动平稳、摩擦因数高、磨损少和环境适应性强等优点,是一种能满足高速高能载制动的高性能轻质材料。本文以针刺炭纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法制备C/C多孔体,然后熔融渗硅制得C/C-SiC材料;研究了C/C-SiC材料的组织结构、力学性能及其失效模式、摩擦磨损性能及机理,同时介绍了中南大学研制的C/C-SiC制动材料的应用现状。     

液态法制备金属基复合材料浸渗动力学模型的研究进展

液态制备法因具有成本低、工艺简单和可操作性强等特点而广泛应用于金属基复合材料的工业化生产。其中,液态浸渗法制备复合材料的关键在于浸渗过程,因此如何控制浸渗过程中的工艺参数来制造高质量的复合材料是人们一直关注的课题。综述了液态法制备金属基复合材料的浸渗动力学模型研究现状,分析了当前研究中存在的问题,提出了相关建议,展望了复合材料浸渗动力学模型的发展趋势。     

金属基复合材料的自发浸渗制备工艺

综述了金属基复合材料的熔体自发浸渗制备工艺，概述了其基本原理与应用状况，讨论了工艺存在的相关问题。     

碳纤维增强铝复合材料的界面微观结构

利用透射电镜（TEM）对超声浸渗制备的碳纤维（T300及M40J）增强铝复合丝及液矸渗法制备的碳纤维增强铝复合板材的界面微观结构进行了分析,结果表明,超声浸渗法制备的复合丝有明显的界面反应产物,T300／Al的反应程度比M40J／A1高。液相压渗法制备的复合材料界面反应不明显,表明该工艺可避免不利的界面反应发生。     

无压浸渗法制备不同体积分数及梯度SiCp/Al复合材料

选用不同粒径大小的SiC颗粒,并通过对颗粒分布的有效控制,采用无压浸渗工艺制备了不同体积分数(15%～65%)的SiCp/Al复合材料,并在此基础上试制了梯度SiCp/Al复合材料.运用OM,XRD等手段对所制备的复合材料进行了显微组织观察与成分分析,并对选定体积分数的复合材料进行了密度以及力学测试.研究结果表明,无压浸渗工艺下不同体积分数的SiCp/Al复合材料组织均匀、致密,力学性能良好;具有梯度结构的SiCp/Al复合材料层间结合良好,没有层间剥离现象.     

SiCf/SiC复合材料的RMI制备方法以及微观结构和性能优化

反应熔体渗透(RMI)是制备高密度陶瓷基复合材料的有效方法之一, 而熔体的渗透和复合材料的形成主要取决于预制体的孔隙结构。本研究将硅熔体渗透到具有不同孔隙结构的含碳预制体中, 制备了SiC纤维增强SiC基复合材料(SiC_f/SiC), 并研究了孔隙结构对熔体浸润和SiC_f/SiC复合材料的影响。研究结果表明: 具有较均匀孔径的预制体可以使熔体浸润更充分, 制备的复合材料具有更少的残余孔隙及更优的力学性能。该研究对反应熔渗制备复合材料的孔结构调控具有指导意义。     

真空浸渍法制备纳米氧化铝复合材料

用饱和硝酸铝和硝酸镍溶液在室温下真空浸渍气孔率大约为15%的氧化铝坯体,然后干燥、煅烧,经过多次循环获得理想致密度的纳米/微米氧化铝基陶瓷复合材料.以X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了复合材料的物相组成、元素分布、显微结构及气孔率随浸渍次数的变化.经过饱和硝酸镍溶液浸渍13次后,氧化铝坯体的气孔率由14.42%降低到8.89%,Al2O3/NiAl2O4复合材料由α-Al2O3和NiAl2O4尖晶石组成;经过饱和硝酸铝溶液浸渍8次后,氧化铝坯体的气孔率由13.33%降低到9.68%,Al2O3复合材料由α-Al2O3组成.Al、Ni和O在复合材料基体中均匀分布.     

C/SiC复合材料的常压制备与性能研究

采用聚碳硅烷作为碳化硅先驱体, 以二维0°/90°正交编织碳布叠层后作为增强体, 采用真空压力浸渍的方法制备了C/SiC复合材料, 研究了裂解温度和浆料浓度对复合材料性能的影响. 结果表明: 复合材料的弯曲强度随着裂解温度的升高以及浆料浓度的增加都呈增加趋势; 基体在纤维束内部分布均匀, 但依然有一些小气孔存在; 在1100℃时, 基体中开始生成一定量的β-SiC相, 复合材料的三点弯曲强度达到232MPa, 断裂韧性达到10.50MPa·m^1/2. 在断裂过程中表现出明显的韧性断裂, 断口有较长的纤维拔出.     

先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究

综述了先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料在先驱体、致密化工艺、微观结构、性能等方面的国内外研究情况 ,最后提出了今后进一步研究的方向     

二维C/SiC复合材料连接的显微结构与性能

采用Ni基连接剂作为中间层在1300℃、真空条件下对二维纺织C/SiC复合材料用液相渗透法进行了加压连接，所旋压力为20MPa，连接保温时间分别为15，30，45，60min。用扫描电镜SEM及能谱分析了连接情况，结果表明所采用Ni基连接剂与C/SiC复合材料有较好的润湿性，Ni基连接剂熔融后可进入复合材料的孔隙。接头三点弯曲强度可达60MPa。