T300碳纤维热处理对Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷先驱体浸渍裂解工艺制备T300碳纤维增强3D Cf/SiC复合材料,研究了T300碳纤维预先热处理对材料性能的影响.结果表明,热处理能够弱化Cf/SiC复合材料中纤维-基体界面结合,减少碳纤维在复合过程的损伤,显著提高复合材料性能.纤维经热处理后制备的Cf/SiC复合材料弯曲强度和断裂韧性分别从未经处理的154MPa,4.8MPa·m1/2提高到437MPa,20.4 MPa·m1/2.     

表面镀Ni碳纤维增强Cu基复合材料的制备和表征

为提高碳纤维/铜(Cf/Cu)复合材料中Cf与Cu基体的结合强度,通过电化学法在Cf表面沉积一层约1μm厚的Ni镀层,进而沉积厚约6μm的Cu镀层,将镀覆Ni-Cu复合镀层的短纤维复合丝在800℃、20MPa下利用放电等离子烧结(SPS)制备镀镍碳纤维增强的铜基复合材料(Cf/Cu(Ni)),并与相同烧结工艺下制备的相同碳纤维体积分数的Cf/Cu复合材料进行对比。利用XRD和SEM分别研究了碳纤维表面Ni镀层的物相及表面形貌,用附带EDS的SEM研究了Cf与Ni-Cu复合镀层断面、Cf/Cu(Ni)复合材料表面及断口形貌,采用电子式万能试验机研究了未经修饰的碳纤维、镀Ni碳纤维、镀Cu碳纤维和Cf/Cu(Ni)以及Cf/Cu复合材料的拉伸性能。结果表明,镀Ni碳纤维复合丝的拉伸强度略高于未经修饰的碳纤维,断裂伸长率则略低于未经修饰的碳纤维,拉伸过程中Ni镀层无剥离,这与其表面Ni镀层和Cf的结合强度较高有关。Cf/Cu(Ni)复合材料呈塑性断裂,力学性能明显优于Cf/Cu复合材料,拉伸强度提高20%以上。     

威碳纤维及其SiC基复合材料的性能分析

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,国产光威(Gw)碳纤维为增强体,采用先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)制备了Cf/SiC复合材料.结果表明,所制备Gw碳纤维复合材料的力学性能优异,抗弯强度达到405.3MPa,断裂韧性15.7 MPa·m1/2.并对GW纤维制备复合材料的表面和断口进行了显微形貌分析,复合材料断口纤维拔出较多,Gw碳纤维在复合材料中很好地发挥了补强增韧作用.     

纤维类型对纤维增强SiC基复合材料性能的影响

对比了采用先驱体浸渍法制备的三种不同纤维增强SiC基复合材料的性能差异,并从材料的微观结构特征入手分析了差异产生的原因。通过研究发现,采用Hi-Nicalon纤维增强的SiC基复合材料具有较好的性能,单向复合材料弯曲强度达到703.6 MPa, 断裂韧性达到23.1 MPa·m1/2;采用国产吉林碳纤维(JC)制备的SiC基复合材料也具有较好的性能,弯曲强度为501.1 MPa,断裂韧性为13.8 MPa·m1/2。      

碳纤维增强Cu-Ti3SiC2复合材料的研究

采用电镀Cu碳纤维(Cf)与化学镀Cu的Ti3SiC2粉及Cu粉进行湿混,通过真空热压烧结法制备Cf增强的Cu-Ti3SiC2复合材料.研究了其致密度、电阻率、维氏硬度随Cf,Ti3SiC2含量变化的规律.实验结果表明,Ti3SiC2体积含量为20%,Cf体积含量为8%时,制备的Cf增强Cu-Ti3SiC2复合材料综合性能最好.Cf镀Cu和Ti3SiC2镀Cu改善了它们和Cu的润湿性,从而提高了相互之间的结合强度是复合材料获得良好综合性能的基本原因.     

两种碳纤维增强Cf/BN-Si3N4复合材料性能对比

采用XRD,XPS和SEM对T300和T700两种碳纤维的物相结构、表面成分以及表面形貌进行了分析.分别以两种碳纤维编织件为增强体,采用先驱体浸渍一裂解(PIP)工艺制备了Cf/BN-Si3N4复合材料,并对其力学性能和微观结构进行分析.结果表明,两种碳纤维的石墨化程度、表面活性均相近,表面形貌差别很大.两种纤维增强的复合材料密度相当,但力学性能以及断裂行为有明显区别.与T300碳纤维增强的复合材料相比,T700增强的复合材料弯曲强度更高,弹性模量略低,具有更好的韧性.碳纤维表面状态的差异是纤维与基体的结合强弱以及复合材料力学性能不同的主要原因.     

界面涂层对气相渗硅Cf/SiC复合材料力学性能的影响

在1650℃气相渗硅（Vapor Silicon Infiltration—VSI）制备了3D碳纤维增强SiC基复合材料（Cf／SiC），其密度约为1．85g／cm^3．当C／SiC界面涂层存在时，气相渗硅cf／SiC强度为239．5MPa；而无界面涂层存在时，Cf／SiC弯曲强度大幅下降，约为67．4MPa．无界面涂层保护时，气相渗硅过程中纤维与硅蒸气发生反应，使得纤维硅化，造成材料性能下降．纤维表面沉积的C／SiC涂层，不仅保护纤维，避免被硅侵蚀，而且具有弱化界面、偏转裂纹等作用，复合材料的断裂功得到显著提高．将气相渗硅温度提高到1700℃后，有界面涂层存在情况下Cf／SiC复合材料密度显著提高，达到2．25g／cm^3，强度基本与1650℃时相当．     

不同处理方法对碳纤维表面形态及Cf/C复合材料强度的影响

采用浓硝酸和电化学两种不同的表面处理技术,对碳纤维表面处理,利用SEM对纤维表面进行了分析,并对其所制备的Cf/C复合材料抗弯性能进行了测试.结果表明:采用低电压,短时间处理,对碳纤维表面作用较温和,粗糙度和比表面积增加,对复合材料的增强效果较浓硝酸氧化处理的显著.经10V,10min处理后,纤维表面出现"松树皮"状凸起,复合材料力学性能下降.电化学处理碳纤维以提高复合材料界面性能的机理至少包括薄弱外层的去除和对纤维表面的刻蚀两种作用,在混合作用中,对纤维表面刻蚀作用占据主导地位.     

Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层研究进展EI北大核心

Cf/SiC复合材料因其低密度,高比强度,优异的抗热震、抗氧化和抗烧蚀性能以及高温强度保持率,被认为是高速飞行器的重要热防护材料之一。然而,由于碳纤维在500℃以上发生显著氧化导致材料逐渐失效,因此需对其进行有效的氧化防护。抗氧化涂层被认为是实现Cf/SiC复合材料长时氧化防护的有效手段。本文基于热防护系统对Cf/SiC复合材料抗氧化性能的苛刻要求,综述了现有Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层的研究进展,着重对抗氧化涂层制备技术及涂层体系进行了梳理。提升Cf/SiC复合材料抗氧化涂层使用温度(≥1800℃)及结合强度是当前需要重点解决的问题,制备更长服役时间、更高服役温度同时兼具抗氧化、抗水蒸气腐蚀乃至较好隔热性能的多功能涂层是未来发展的重要方向。     

Cf／SiC陶瓷基复合材料制备及性能研究现状

本文综述了Cf／SiC陶瓷基复合材料的研究进展，回顾了碳纤维的发展过程，介绍了Cf／SiC陶瓷基复合材料的制备技术，详细阐述了Cf／SiC陶瓷基复合材料的力学性能与微观结构，分析了提高其断裂强度、断裂韧性的机理。并展望了Cf／SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景。     

CVD-SiC界面改性涂层对气相渗硅制备C_f/SiC复合材料力学性能的影响

在气相渗硅制备C_f/SiC复合材料时,界面改性涂层非常重要。良好的界面改性涂层一方面起到保护碳纤维不受Si反应侵蚀的作用,另一方面起到调节纤维和基体界面结合状况。通过在C纤维表面制备CVD-SiC涂层来进行界面改性,研究CVD-SiC界面改性涂层对GSI C_f/SiC复合材料力学性能和断裂特征的影响,并分析其影响机制。结果表明:无CVD-SiC涂层改性的C_f/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其强度、模量和断裂韧度分别为87.6MPa,56.9GPa,2.1MPa·m1/2。随着CVD-SiC涂层厚度的增加,C_f/SiC复合材料的弯曲强度、模量和断裂韧度呈现先升高后降低的趋势,CVD-SiC涂层厚度为1.1μm的C_f/SiC复合材料的力学性能最好,其弯曲强度、模量和断裂韧度分别为231.7MPa,87.3GPa,7.3MPa·m1/2。厚度适中的CVD-SiC界面改性涂层的作用机理主要体现在载荷传递、"阻挡"Si的侵蚀、"调节"界面结合状态3个方面。     

裂解工艺对先驱体转化制备Cf/SiC材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,经8个周期的反复真空浸渍-交联-裂解处理制备出三维编织碳纤维增强碳化硅(3D-B C_f/SiC)复合材料,考察了裂解工艺对材料结构与性能的影响。结果表明:提高裂解升温速率可以提高材料密度,形成较理想的界面结合,从而提高材料的力学性能。裂解温度对材料性能也有较大的影响,C_f/SiC复合材料在第6个周期采用1600℃ 裂解可以弱化纤维与基体之间的界面,提高材料致密度,材料的力学性能也得到较大改善。裂解升温速率为15℃/min,第6个周期采用1600℃裂解制备的C_f/SiC材料性能较好,弯曲强度达到556.7 MPa。      

Characterization and microstructural evolution of SiC(OAl) fibers to SiC(Al) fibers derived from aluminum-containing polycarbosilane

The SiC(OAl) fibers and the SiC(Al) fibers were fabricated by the use of aluminum-containing polycarbosilane (Al–PCS) precursor. The two types of fibers have been characterized. Chemical element analysis, AES, SEM, XRD, RMS and NMR have been employed. The chemical formula of SiC(OAl) fibers is SiC_1.31O_0.25Al_0.018 with C and O rich on the surface. The microstructure of SiC(OAl) fibers is a mixture of β-SiC nanocrystals, free carbon, and an amorphous silicon oxycarbide (Si–C–O phase), which have been confirmed by an amount of SiC₂O₂, SiCO₃, SiO₄ and SiC₃O units in the ²⁹Si MAS NMR spectrum. A small quantity of aluminum is embedded uniformly in the Si–C–O amorphous continuous phase. For SiC(Al) fibers, nearly stoichiometric composition was confirmed as chemical composition of SiC_1.03O_0.013Al_0.024. The fiber is composed of a large number of β-SiC crystallites, a small amount of -SiC crystalline and SiC amorphous phase. The aluminum in the SiC(Al) fibers mainly exists in two manners: Al–C bonds connected with the surfaces of the β-SiC grains and Al–O bonds, or Al₂O₃, to the amorphous phase.     

三向正交碳纤维增强纳米碳化硅生物复合材料的制备和力学性能

碳纤维增强的纳米碳化硅陶瓷基复合材料力学性能优良,且具有一定的生物相容性,因此可作为一种新型的可取代钛合金的全尺寸整体人工骨骼。研究了具有三向正交结构的T300和M30碳纤维预制体对C/SiC复合材料制备过程和抗弯强度的影响规律。以聚碳硅烷为先驱体,以二乙烯基苯为溶剂和交连剂,采用聚合物浸渍热解法制备了C/SiC复合材料,采用阿基米德排水法测量其密度和气孔率,采用三点抗弯法测量其抗弯强度。M30 C/SiC抗弯强度比T300 C/SiC高6.7％,表明碳纤维弹性模量对复合材料基体开裂强度有显著影响,并通过增加纤维径向强度以及承担载荷的比例提高了复合材料的断裂强度。      

颗粒分散技术在真空液相浸渗制备Cf/Al复合材料中的应用

采用真空反压液相浸渗工艺,以碳纤维增强铝为研究对象,探讨了M40J纤维增强AlMg10复合材料制备工艺中,SiC及淀粉分散颗粒对复合材料微观组织及性能的影响。结果表明,碳化硅可以减少铝液在束内的浸渗阻力,并使纤维分布均匀,从而提高复合材料构件的成型性和力学性能。经过5%SiC+3%淀粉溶液的分散后,复合材料的体积分数由72%降低到51%,而复合材料的拉伸强度提高了131MPa,达到498MPa。     

Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维/热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30 nm的ZrC纳米颗粒。Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相(Cg)组成。基体中石墨的(002)面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC(111)∥Cg(002),ZrC[110]∥Cg[010]的取向关系。ZrB2和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

C/SiC复合材料应力氧化失效机理

研究了干氧和湿氧两种气氛、疲劳和蠕变两种应力下C/SiC复合材料在1300℃的应力氧化行为. 试验结果和断口形貌SEM分析表明: C/SiC复合材料在疲劳应力下比在蠕变应力下具有更强的抗氧化能力和更长的持续时间; 干氧环境中的蠕变试样以C纤维氧化失效为主; 水蒸气的存在加剧了SiC基体的氧化, 并且使受蠕变应力的C/SiC复合材料以SiC基体氧化失效为主.     

SiC/PyC复合涂层碳纤维微观结构及氧化行为研究

采用两步法在碳纤维表面制备了碳化硅/热解碳(SiC/PyC)复合涂层,PyC内涂层的制备采用等温化学气相渗透法,SiC外涂层的制备采用碳热还原法.借助X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜分析了SiC/PyC复合涂层碳纤维的物相组成以及微观结构,利用热重分析研究了SiC/PyC复合涂层、PyC涂层以及无涂层碳纤维的氧化行为.结果表明,在碳纤维表面制备的SiC/PyC复合涂层连续致密、厚度均匀,PyC内涂层厚度约为200nm,SiC外涂层厚度约为160nm,SiC层中存在大量孪晶面高度有序的SiC孪晶.SiC/PyC复合涂层能够有效地改善碳纤维的抗氧化性能,较无涂层碳纤维起始氧化温度提高了近250℃.     

两种连续SiC纤维的高温介电及吸波性能对比

采用XPS、XRD、Raman光谱等方法分析了两种典型SiC纤维的微观结构, 研究了微观结构对纤维电导性能的影响, 并揭示了其高温介电性能和吸波性能的演变规律, 对高温结构吸波复合材料的研究具有重要意义。研究表明: KD-I SiC纤维表面富碳, 而SLF SiC纤维以Si-C-O结构为主, 前者具有较高的电导率和复介电常数, 从而导致KD-I纤维与空气阻抗匹配差, 而SLF纤维的损耗较小, 因此两者在X波段的室温反射率仅为-3.2 dB和-0.3 dB。KD-I纤维的复介电常数随着温度的升高显著增大, SLF纤维的实部增幅较大而虚部略小, 两者在700℃时的复介电常数分别达到20.9-j25.0和5.0-j0.37, 高温条件下由于阻抗匹配均变差, 吸波性能无明显改善。     

The degradation behavior of SiC coated PIP-C/SiC composites in thermal cycling environment

C/SiC composites had been considered as structural material in complex and harsh environments, thermal stability was one of the key issues for C/SiC composites. This study aimed to investigate C/SiC composites in thermal cycling environment. SiC coating on carbon fibers via chemical vapor deposition at time from 0.5 h to 5 h was studied, and then the degradation behavior of coated C/SiC composites had been measured by thermal cycling tests. The results showed that the coating was continuous and uniform, with good surface adhesion. The interface of carbon fibers and SiC coating was partially destroyed during thermal shock tests. The degradation of mechanical properties was closely related to the evolution of the damage in the composites.