界面涂层对液相硅浸渗制备C/SiC复合材料力学性能的影响

采用化学气相沉积工艺对短切碳纤维毡体进行界面涂层改性处理后树脂浸渍裂解得到了多孔C/C预制体,再将预制体液相硅浸渗制备了C/SiC复合材料.对比了纤维有无界面涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响,并分析了其断裂机制.结果表明,与无界面涂层改性相比,碳毡经化学气相沉积SiC涂层改性处理后制备的C/SiC复合材料的力学性能更好,强度和模量分别提高了192％和36％.界面涂层增强了纤维的抗硅化效果是C/SiC复合材料力学性能提高的主要原因,但同时复合材料也呈现出脆性断裂模式.     

Si3N4对碳/碳复合材料表面SiC涂层耐磨性的影响

为了提高碳/碳复合材料表面SiC涂层的耐磨性,采用包埋法和氮化处理制备SiC/Si₃N₄涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）及摩擦磨损试验,分别评价SiC涂层与SiC/Si₃N₄涂层的表面形貌、物相组成、磨损形貌及摩擦磨损性能,并研究涂层显微组织结构与磨损机理之间的联系。结果表明：SiC/Si₃N₄涂层由Si₃N₄相、SiC相和C相组成,涂层平整且致密;SiC/Si₃N₄涂层的摩擦系数低于0.05且更稳定;SiC涂层高摩擦系数值的主要磨损机制是黏着磨损和磨料磨损;SiC/Si₃N₄涂层中形成了一层较薄的润滑膜,并在摩擦磨损的后续阶段降低摩擦系数。Si₃N₄相的引入可以有效改善SiC涂层的表面结构,使得SiC涂层摩擦系数更小且更稳定,从而提高...     

不同界面SiC/SiC复合材料的断裂行为研究

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC)是极具前景的高温结构材料。通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺分别制备了PyC界面和CNTs界面SiC/SiC复合材料, 对两种SiC/SiC复合材料的整体力学性能以及界面剪切强度等进行了测试表征, 并对材料中裂纹的产生与扩展进行了原位观测。结果表明, 两种界面SiC/SiC复合材料弯曲强度相近, 但PyC界面SiC/SiC复合材料的断裂韧性约为CNTs界面SiC/SiC复合材料的两倍。在PyC界面SiC/SiC复合材料中, 裂纹沿纤维-基体界面扩展, PyC涂层能够偏转或阻止裂纹, 材料呈现伪塑性断裂特征; 而在CNTs界面SiC/SiC复合材料中, 裂纹在扩展路径上遇到界面并不偏转, 初始裂纹最终发展为主裂纹, 材料呈现脆性断裂模式。     

碳纤维表面改性增强Fe3Al-Al2O3复合材料的制备及组织性能

采用溶胶-凝胶分散和热压烧结制备了短切碳纤维（CF_s）/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料。分别通过电化学镀Cu和化学气相沉积SiC对CF_s表面修饰和改性,研究了Cu镀层和SiC涂层对CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料显微组织、相组成、力学性能及断裂行为的影响。结果表明,未修饰的CF_s在Fe₃Al-Al₂O₃基体中受到严重侵蚀,CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料致密度低,抗弯强度仅为239.0 MPa,与Fe₃Al-Al₂O₃强度相当;表面镀Cu可有效保护CF_s不被侵蚀,同时提高了CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料的烧结致密性和界面结合强度,从而明显提高了复合材料的断裂强度,但断裂过程中纤维拔出较短;CF_s表面沉积SiC的CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料组织均匀致密,表面涂层完整,且与纤维及基体之间结合力相当,断裂过程中,涂层既可随纤维一起拔出基体,也可与CF_s分离而留在基体之中,SiC涂层与纤维及基体之间的弱相互作用很大程度上促进了纤维脱黏和拔出,从而促进CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料韧化所需的渐进破坏机制。      

复合界面层对SiCf/SiC复合材料力学损伤行为的影响

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料在航空航天领域具有广阔的应用前景,其界面层设计是研究重点。研究表明,复合界面层可以有效提升陶瓷基复合材料的抗氧化性能,但其对材料力学性能及损伤机制的影响尚不明确。本研究利用化学气相渗透法(CVI)制备得到具有BN及(BN/SiC)₃复合界面层的小复合材料,探究了复合界面层对SiC_f/SiC复合材料失效机制的影响。基于两种力学加载实验结合声发射探测分析了两种界面层小复合材料的损伤过程。实验结果表明,利用CVI制备的小复合材料界面结构清晰,基体致密。两类小复合材料均具有SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的典型力–位移曲线,不同界面层小复合材料损伤过程具有不同的力声特征。通过两类力学加载试验的声发射特征能够有效分析小复合材料各阶段损伤发展情况。本实验中BN及(BN/SiC)₃复合界面层SiC_f/SiC小复合材料最大承受载荷分别为139和160 N,复合界面层小复合材料中的多层界面具有更强的偏转裂纹能力,降低裂纹延伸至纤维的速度,进而提高...     

纳米SiO2@黄麻纤维/PP复合材料多相界面结构与增韧机制

采用溶胶-凝胶法在黄麻纤维表面获得了纳米SiO₂（n-SiO₂）沉积层,经过模压工艺,制备了n-SiO₂沉积的黄麻纤维/聚丙烯复合材料（n-SiO₂@黄麻纤维/PP复合材料）。通过分子动力学（MD）模拟建立了n-SiO₂@黄麻纤维/PP复合材料多相界面的分子模型,结合复合材料冲击性能与断口形貌的分析,揭示了此类混杂型复合材料的多相界面结构与增韧机制。黄麻纤维经过n-SiO₂沉积处理,其增强PP复合材料的冲击韧性提高了54.87%。n-SiO₂沉积层通过与黄麻纤维之间的C-O-Si化学键作用及其与PP基体分子链之间的机械锁结作用,在黄麻纤维与PP基体之间形成了界面相,使得黄麻纤维/PP复合材料的界面结合能提高了27.22%。当复合材料发生冲击破坏时,n-SiO₂界面相将引发“银纹效应”,使得裂纹的传播方向发生倾斜或扭转,延长了裂纹的扩展路径,消耗了裂纹传播的能量,减缓了裂纹的扩展速度。此外,在冲击失效过程中,结合性...     

界面涂层与基体对先进CVI-SiC/SiC复合材料性能的影响

对含有几种典型界面结构和SiC纳米线的CVI-SiC/SiC复合材料的弯曲性能和断裂韧性进行了比较研究. 研究表明: 界面涂层对SiC/SiC的力学性能至关重要, 120nm厚的碳界面涂层使材料的强度与韧性都增加一倍; 在用140nm厚的SiC层将该碳层分为更薄的两层, 形成C/SiC/C多层界面涂层时, 材料的强度没有明显的变化, 而断裂韧性则略有提高. 对基体中弥散分布有SiC纳米线的SiC/SiC的力学性能研究表明, SiC纳米线具有非常高的强化效率, 使SiC/SiC复合材料具有更高的强度和韧性.     

纤维表面涂层对SiC(f)/SiC复相陶瓷力学性能和界面结构的影响

报道了化学气相浸渍（CVI）工艺制备的SiC（f）/SiC复相陶瓷中纤维表面涂层对复合材料力学性能和显微结构的影响。SEM观察表明：C或B N表面涂层改变了SiC（f）/SiC复相陶瓷中纤维与基体间的强界面结合,使断裂过程中的界面解离和纤维拔出大大增加,与此同时材料的断裂韧性和断裂功明显提高。说明C或BN纤维表面涂层能够大大地改善SiC（f）/SiC复相陶瓷的脆性断裂行为模式。高分辨电镜的观察证实在CVI过程初期,纤维表面首先发生石墨界面相的沉积,该界面相具有明显的层状晶格条纹,而纤维表面C涂层为无定型态。     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响.结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC/C/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC/Ti-6Al-4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC/C/Ti-6Al-4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行.     

PIP工艺制备C/Zr0.5Hf0.5C-SiC复合材料及其微观结构和弯曲性能

基于自制Zr_0.5Hf_0.5C先驱体和商业化液态聚碳硅烷，通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺成功制备C/Zr_0.5Hf_0.5C-SiC复合材料，研究纤维表面热解C涂层厚度对复合材料微观结构及弯曲性能的影响。结果表明：自制Zr_0.5Hf_0.5C先驱体在1400℃下即可转化生成单一Zr_0.5Hf_0.5C固溶体。因具有良好的渗透性，转化生成的Zr_0.5Hf_0.5C基体同时存在于C/Zr_0.5Hf_0.5C-SiC复合材料的纤维束内和束间，呈包裹SiC基体的层状形貌。C/Zr_0.5Hf_0.5C-SiC复合材料主要由C,SiC和Zr_0.5Hf_0.5C相组成；具有不同热解C涂层厚度(0.67,0.84,1.36μm)的3组复合材料密度分别为2.07,1.9...     

考虑孔隙和微裂纹缺陷的 C/ C2SiC编织复合材料等效模量计算

通过观察 C/ C2SiC复合材料组元分布的扫描电子显微镜(SEM)照片 , 获得了 C/ C2SiC复合材料化学气相渗透(CVI)制备过程中产生孔隙和微裂纹的几何信息。在此基础上 , 建立了包含孔隙和微裂纹的 C/ C2SiC微结构有限元模型 , 并利用均匀化等效计算方法预测了平纹编织 C/ C2 SiC复合材料的模量。针对 CVI沉积方式制备的 2组不同的 C/ C2SiC复合材料 , 实验测试与等效计算结果表明 : 基于 SEM照片建立的 C/ C2SiC纤维束和复合材料微结构有限元模型 , 能够反映 CVI工艺制备 C/ C2SiC中孔隙和微裂纹的分布状况; 计算结果与实验数据有良好的一致性 , 数值计算可有效预测 C/ C2SiC编织复合材料的模量。     

高体积分数 SiC P / Al复合材料的拉伸、 压缩与弯曲特性

对高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiC P/ Al)复合材料的拉伸、 压缩和三点弯曲特性进行了实验研究。结果表明 : 高体积分数 SiC P/ Al 复合材料与低体积分数 SiC P/ Al复合材料相比 , 没有明显的线性屈服阶段。进一步的加载2卸载实验表明 , 在外载荷作用下 , 材料宏观上呈现一种类似金属材料的塑性 , 卸载后留有较大的残余应变 , 再次加载时沿上次卸载路线上升 , 而且拉应力导致的残余应变大于压应力。三点弯曲时材料内部产生残余塑性变形的潜力最大 , 切线模量更稳定。宏观断口分析表明 , 金属基体的非均匀分布导致产生局部渐进的微屈服 ,是使材料性能宏观上类似塑性材料的主要原因。制备过程中的残余应力和基体内部的微缺陷是拉应力比压应力产生更大残余应变的主要原因。     

YAl 2P / Mg -Li -Al复合材料动态拉伸断裂过程原位观察

通过 SEM中静载动态拉伸 , 原位观察和研究了搅拌铸造法制备的 YAl _2P/ Mg-Li-Al 基复合材料裂纹的萌生及扩展机制。结果表明 , 微裂纹萌生位置主要为复合材料的铸造缺陷处、 复合材料的基体中以及颗粒/基体界面处 , 并以在复合材料基体中萌生为主。微裂纹的扩展主要在基体和 YAl ₂颗粒/基体界面处进行。主裂纹的长大方向具有选择性 , 裂纹主要沿颗粒贫化区与颗粒富集区的交界处开裂 , 主裂纹扩展到一定程度后 , 试样全面失稳而迅速断裂。基体的断裂失效在 YAl 2P/ Mg2Li2Al复合材料拉伸断裂过程中起很大作用。     

非线性黏弹复合材料有效性质

提出了一个细观力学模型 , 用于预测非线性黏弹聚合物基复合材料的有效性质。该方法利用广义割线模量方法对单积分型热力学本构进行线性化 , 并运用 Laplace变换技术将黏性问题转化为弹性问题。利用热力学本构拟合高密度聚乙烯的实验数据 , 得到基体的材料参数。 利用该模型计算了玻璃微珠填充高密度聚乙烯复合材料(GB/HDPE)在恒应变率下的应力应变关系 , 计算结果与文献实验结果吻合较好。数值计算结果表明 GB/HDPE复合材料表现出明显的非线性力学行为。 该细观力学模型可以很好地预测复合材料非线性黏弹性性质。      

SiCP/ 6061Al 合金复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性

对T6 热处理后的SiC_P / 6061Al 合金复合材料的高温(300 ℃) 单轴应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究, 讨论了具有两种颗粒体积分数的复合材料在高温下不同加载条件时的循环软/ 硬化特性和棘轮行为特征。实验研究表明: 颗粒增强金属基复合材料宏观上表现出与金属材料相类似的应变循环特性和棘轮变形规律, 即复合材料在非对称应力循环下也将产生一定的棘轮变形, 并随应力幅值和平均应力的增加而增加; 颗粒的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力增强, 棘轮变形随颗粒体积分数的升高而下降; 在高温下棘轮行为体现出明显的时间相关特性, 即棘轮应变值明显依赖于加载率和峰值保持时间, 并具有明显的蠕变-棘轮交互作用。在对该类复合材料的棘轮行为进行本构描述时必须考虑复合材料的微结构特征、加载条件以及时间效应等的影响。      

亚微米SiCP 增强Al 基复合材料摩擦磨损性能

采用冷压烧结和热挤压方法制备出1. 5～5 vol % SiC_P (130 nm) / Al (149～75μm) 复合材料, 并对其抗压、硬度和滑动磨擦特性进行了研究, 旨在研究引入弥散的亚微米级SiC_P 对SiC_P / Al 复合材料磨擦性能的影响。结果表明: 随着SiC_P (130 nm) 含量的增加, 其显微硬度值也增加, 在SiC_P (130 nm) 含量为1. 5 vol %和5 vol %时,SiC_P (130 nm) Al 复合材料显微硬度分别为28. 4 和33. 3 ; 复合材料的抗压强度分别是170 MPa 和186 MPa ; 在较高载荷下, 随SiC_P 含量增加, 复合材料的耐磨性能提高, 1. 5 vol % 和5 vol % SiC_P / Al 基复合材料具有优异的滑动磨损抗力, SiC_P / Al 基复合材料耐磨性优于挤压态QSn6. 520. 4 和纯Al ; 磨损表面形成Al 基体弥散分布着SiC_P和孔隙的理想耐磨组织。      

MCM-41 填加量与偶联修饰对复合材料拉伸性能的影响

通过溶液共混法制备出MCM-41/ 环氧树脂、偶联修饰MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料。研究了填充MCM-41 介孔分子筛颗粒的偶联修饰以及不同的填充颗粒含量对分散性和复合材料拉伸性能的影响。结果表明: 在MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料中, MCM-41 仍保持着长程有序的孔道结构。修饰后的MCM-41 变成亲油性, 有利于增强颗粒与环氧树脂间的界面结合和纳米网络结构的形成, 使MCM-41 颗粒更能均匀分散在聚合物基体中, 提高复合材料的拉伸性能。修饰后的MCM-41 填加量为2.5 %(质量分数) 时, 拉伸强度达到最大值,比基体树脂提高99.2 % , 杨氏模量提高了110 %。      

rGO/SiC复合材料的制备与性能研究

碳化硅(SiC)陶瓷具有优异的力学性能, 但是其断裂韧性相对较低。石墨烯的引入有望解决碳化硅陶瓷的断裂韧性较低的问题。本研究采用热压烧结工艺, 制备了具有不同还原-氧化石墨烯(rGO)掺入量的SiC复合材料。经过2050℃保温、40 MPa保压1 h后, 所制备的复合材料均烧结致密。对复合材料中rGO的掺入量、微观结构和力学性能的相互关系进行分析和讨论。加入4wt%的rGO后, 复合材料的三点抗弯强度达到564 MPa, 比热压SiC陶瓷提高了6%; 断裂韧性达到4.02 MPa•m^1/2, 比热压SiC陶瓷提高了54%。加入6wt%的rGO后, 复合材料的三点抗弯强度达到420 MPa, 略低于热压SiC陶瓷, 但其断裂韧性达到4.56 MPa•m^1/2, 比热压SiC陶瓷提高了75%。裂纹扩展微观结果显示, 主要增韧机理有裂纹偏转、裂纹桥连和rGO片的拔出。     

Microstructure and mechanical properties of BAS/SiC composites sintered by spark plasma sintering

High-density BAS/SiC composites were obtained from β-SiC starting powder by the spark plasma sintering technique. Various physical properties of the BAS/SiC composites were investigated in detail, such as densification, phase analysis, microstructures and mechanical properties. The results demonstrated that the relative density of the BAS/SiC composites reached over 99.4% at 1900 °C. The SiC grains were uniformly distributed in the continuous BAS matrix which is probably because of complete infiltration of the SiC particles in BAS liquid-phase formed during sintering. The pull-out of SiC particles, crack deflection and bridging were observed as the major toughening mechanism. The flexural strength and fracture toughness of the BAS/SiC composites sintered at 1900 °C were up to 560 MPa and 7.0 MPa·m^1/2, respectively.     

真空吸浆法制备C/SiC复合材料及力学性能研究

以碳毡为预制体,将SiC粉末、酚醛树脂等搅拌成混合浆液,采用真空吸浆法制备C/SiC复合材料,测定其密度、孔隙率和力学强度,利用扫描电镜(SEM)研究其断裂面的微观结构并分析失效机制。结果表明:真空吸浆两次后C/SiC复合材料的致密性、力学强度随着浆料中SiC含量的增加均呈先增加后减小的变化趋势,其裂纹扩展过程包括纤维/基体脱粘、纤维桥连、纤维摩阻、裂纹偏转、纤维拔出等几种增韧增强机制。综合比较,当浆料中SiC含量为25%(质量分数)时,其致密性和力学性能最好,密度为1.31g/cm3,孔隙率为15.10%,抗弯强度和抗压强度分别达84.04MPa和74.22MPa,材料具有较好的韧性。