界面层对三维机织角联锁SiCf/SiC复合材料断裂韧性的影响

为探究界面层对SiC_f/SiC复合材料性能的影响,选用国产第3代SiC纤维,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了热解碳(PyC)、热解碳/碳化硅(PyC/SiC)、氮化硼(BN)、氮化硼/碳化硅(BN/SiC)4种界面层的三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料。在此基础上,结合声发射技术对复合材料进行常温断裂韧性测试,并利用扫描电镜对其细观损伤模式进行评价。结果表明：界面层对三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料的断裂强度和断裂韧性有强决定作用,但对其初始模量没有太大的影响;以PyC层为主界面层的试样具有良好的断裂韧性,试样P-SiC_f/SiC和P/S-SiC_f/SiC的断裂韧性分别为13.99和16.93 MPa·m^1/2,而试样B-SiC_f/SiC表现出强界面结合,具有最低断裂韧性6.47 MPa·m^1/2;但在界面引入SiC层后,试样B/S-SiC_f/SiC的断裂韧性显著提高至15.81 MP...     

三维六向编织SiCf/SiC复合材料的力学行为及其损伤机制

为解决陶瓷基复合材料在服役过程中因拉伸和弯曲导致的失效问题,以三维六向编织SiC_f/SiC复合材料为研究对象,分析了受力过程中复合材料力学行为与纤维及结构的联系机制。采用微计算机断层扫描技术获得材料结构及孔隙的三维图像,对复合材料纵向和横向进行拉伸、弯曲性能测试,并阐明其损伤机制。结果表明:复合材料呈现明显的各向异性特性,纵向拉伸强度和弯曲强度分别是横向的10.37、5.06倍;复合材料不同方向受力的损伤模式不同,拉伸载荷下纵向试样裂纹沿着六向纱呈Z字形扩展,而横向试样裂纹沿着编织轴向扩展,最终导致拉伸破坏;弯曲载荷下裂纹沿着厚度方向扩展,并最终导致纵向及横向试样的韧性断裂,且纵向韧性优于横向。     

SiC/SiC复合材料高温面内剪切强度测试方法研究

以三维四向编织方式的碳化硅纤维预制体为增强相,选用聚碳硅烷为先驱体浸渍剂,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺制备了SiC纤维增强SiC陶瓷基(SiC/SiC)复合材料,进而采用自主设计研制的陶瓷基复合材料高温面内剪切测试夹具对SiC/SiC复合材料进行高温面内剪切强度测试,分析研究了试样形状尺寸、加载速率、夹具材料等对SiC/SiC复合材料高温面内剪切强度测试结果的影响,并分析了夹具材料、测试环境等对测试夹具寿命的影响,最终优化确认出一套较优的针对SiC/SiC复合材料的高温面内剪切强度测试方法。     

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料研究进展

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基(SiC/SiC)复合材料具有轻质、耐高温、抗氧化的优异特性,在航空领域,如航空发动机的热端构件、高温结构功能一体化构件,航天及空天飞行器热防护结构部件、动力系统热端部件等领域具有广泛的应用前景,受到美国、欧洲、日本等国研究人员的广泛关注。本文从组成、制备工艺、加工工艺和考核应用等方面,综述了SiC/SiC复合材料的国内外研究进展,并指出了目前面临的问题和机遇。     

CVD BN界面层对Si3N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响

连续Si3 N4纤维以其优异的热稳定性、高温力学性能和介电性能,被认为是耐高温陶瓷基透波复合材料的候选材料之一.采用连续Si3 N4纤维为增强体,以BCl3+NH3+H2+Ar反应体系,利用化学气相沉积工艺在Si3 N4纤维表面制备了BN界面层,并以聚硅硼氮烷为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了Si3 N4/SiBN复合材料.研究了CVD BN界面层的合成及其对Si3 N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响.结果表明:在Si3 N4纤维表面获得了均匀致密的BN界面层,该界面层有效改善了复合材料中纤维/基体的界面结合力,复合材料显示出典型的韧性断裂特征.当界面层的厚度为200 nm时,Si3 N4/SiBN的弯曲强度和断裂韧性分别为182.3 MPa和17.3 MPa·m1/2,比无涂层的复合材料分别提高了59.6％和94.4％.     

聚合物先驱体组分对SiC/SiBCN复合材料性能的影响

以SiC纤维为增强相,SiBCN复相陶瓷先驱体为浸渍剂,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺制备了SiC/SiBCN复合材料。采用SEM和力学性能测试对SiC/SiBCN复合材料氧化前后组分、形貌及力学行为进行了分析。试验表明,随着SiBCN复相陶瓷先驱体中聚硼氮烷(PBN)含量的增加,先驱体陶瓷产率先增加后降低,SiC/SiBCN复合材料1000℃/20 h氧化后的弯曲强度保留率亦先增加后降低。这主要归因于SiBCN复相陶瓷先驱体中PBN含量的增加有利于先驱体分子交联程度增加,更容易形成稳定的三维网络结构。此外,材料孔隙率以及SiBCN复相陶瓷的氧化行为也成为影响SiC/SiBCN复合材料氧化稳定性的重要因素。     

预浸料工艺制备氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料

氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的增强体和基体均由氧化物构成,不存在氧化问题,是长寿命高可靠性构件的理想选材,可在1000~1300℃的高温环镜中可长期使用。本文借鉴树脂基复合材料单向纤维湿法预浸料制备工艺,通过配置氧化铝粉体料浆在缠绕式湿法预浸机上制备了单向氧化铝纤维预浸料,然后预浸料经铺层模压和高温热处理获得了氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,同时对复合材料性能进行了表征。结果表明,氧化铝粉体料浆的固含量在50vol%,料浆溶剂中水和丙三醇的比例为3:1,纤维的走丝速度为6m/min,滚筒平行进度为0.5mm时可获得无缝隙,无纤维重叠、表面平整光滑的预浸料。通过预浸料铺层热压成型制备的复合材料拉伸强度高达208.2MPa,弯曲强度为386.7MPa。和料浆涂刷二维纤维布工艺相比,力学性能大幅度提高,且预浸料工艺具有易存储、操作简单、适于工业化生产等优势。     

CVI-PIP工艺制备炭纤维增强炭/陶复合材料及其性能

结合化学气相渗透(CVI)和聚合物先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备出炭纤维增强碳基(C/C)、炭纤维增强碳-碳化硅基(C/C-Si C)和炭纤维增强碳-硅-锆-氧(C/C-Si-Zr-O)复合材料,并对其微观形貌、物相结构、力学性能和导热性能进行测试和表征。结果表明,C/C-Si-Zr-O复合材料在外部载荷作用下,纤维脱黏和纤维拔出等应力释放效应显著,弯曲强度优于C/C和C/C-Si C复合材料;此外,C/C复合材料基体热解炭的导热系数较高,复合材料孔隙率小,结构缺陷较少,声子的平均自由程较长,因此具有较高的导热系数(水平方向69.09 W/(m·K),垂直方向25.28 W/(m·K))。     

氧化铝料浆预浸料结合PIP工艺制备SiC/Al2O3-SiC陶瓷基复合材料及性能研究

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料（SiC/SiC）具有低密度、耐高温、低氚渗透率和优异的辐照稳定性的优点，在航空、航天、核能等领域具有广泛的应用前景。本文针对PIP工艺制备SiC/SiC复合材料周期长、孔隙率较高及易氧化的问题，通过料浆预浸料工艺在基体中引入氧化铝陶瓷形成SiC/Al2O3-SiC复相基体复合材料，并对复合材料制备工艺过程、微观形貌及力学性能进行系统表征。分析结果表明，SiC/Al2O3-SiC复相基体复合材料制备周期较传统PIP工艺大幅度缩短，且复合材料孔隙率明显降低，从11.6%左右降低至6%，拉伸强度为316.5MPa，提升了12.3%，弯曲强度与SiC/SiC相当，但层间剪切强度较低，仅为16.3MPa，有待进一步提高。