SiCf/SiC陶瓷复合材料的研究进展

SiCf/SiC陶瓷复合材料具有良好的力学性能、高温抗氧化性和化学稳定性，是航空航天和原子能等领域理想的新一代高温结构材料。本文概述了增强体SiCt的发展状况及存在的问题，对SiCt/SiC材料的制备工艺、界面相的研究状态、材料的损伤破坏机理和目前的应用研究进展做了综述，并分析了SiCf/SiC陶瓷复合材料的研究重点和发展前景。     

单向Cf/SiC复合材料的弯曲疲劳性能

对单向Cf/SiC复合材料进行了三点弯曲疲劳性能测试,得到了复合材料的应力－寿命曲线（S－N曲线）,并对其进行线性拟合,得到疲劳最大应力与复合材料疲劳寿命的关系;考察了疲劳过程中刚度下降和疲劳裂纹产生情况。结果表明在疲劳过程中复合材料的弯曲模量有3个变化阶段：首先在疲劳加载初期,弯曲模量的下降速度及幅度都较大;其次在弯曲模量下降到原始弯曲模量的85％（133GPa)后,其变化方式没有明显的规律可循,有时甚至可能上升;最后复合材料发生疲劳断裂时,模量将发生突变。显微结构分析表明：基体横向裂纹群的产生是疲劳断裂的独有特征。它的产生是由于基体SiC的断裂应变小于碳纤维的断裂应变,基体首先开裂并导致应力重新分布的结果。     

化学气相沉积(CVD)法制备先进陶瓷材料

先进陶瓷材料具有许多优异的性能,如高比强度、高比模量、密度低、硬度高、耐腐蚀、抗氧化等,从而被广泛用作高温结构部件。化学气相沉积()法工艺能制备诸如碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等CVD多种陶瓷,因而具有广阔的应用前景。     

碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的研究进展

碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能，是航空航天和能源等领域新的高温结构材料研究的热点之一．本文回顾了增强体碳纤维的发展，对材料的成型制备工艺，材料的抗氧化涂层研究进展和现有的一些应用做了综述，并展望了碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景．     

低温化学气相沉积SiC涂层显微结构及晶体结构研究

在CH_3SiCl_3-H_2体系中,采用化学气相沉积法(CVD)在1000～1300℃制备了SiC涂层。研究了SiC涂层的沉积速率和温度之间的关系,发现低温化学气相沉积SiC为动力学控制过程,反应的表观活化能为85～156 kJ/mol。SiC涂层的外观颜色及涂层表面的显微结构随沉积温度变化而呈现规律的变化:当沉积温度<1150℃时,SiC涂层的外观颜色为银白色,涂层表面致密、光滑;当温度≥1150℃时,SiC涂层外观颜色逐渐变暗,涂层表面变得疏松、粗糙。利用XRD分析了不同沉积温度下SiC涂层的晶体结构,随着温度的升高,SiC涂层的结晶由不完整趋向于完整;当沉积温度≥1150℃,SiC涂层的XRD谱图中除了β-SiC外还出现了少量α-SiC。     

工艺对C/SiC复合材料结构与性能的影响

介绍一种化学气相渗透与先驱体浸渍裂解联用(CVI-PIP)的工艺制备碳毡增强SiC复合材料,采用SEM分析复合材料的显微结构,采用三点弯曲法测试复合材料的力学性能,结果显示在复合材料致密化过程早期,CVI工艺致密化效率明显高于PIP工艺;与完全采用PIP工艺制备C/SiC复合材料相比,采用CVI-PIP工艺可提高复合材料的致密化效率和致密化程度,复合材料残留孔隙率从18.86%下降到5.45%;相应的,C/SiC复合材料的抗弯强度与弹性模量分别从66.43 MPa和38.43 GPa增加到112.16 MPa和68.49 GPa;采用CVI-PIP联用工艺同时能够增加复合材料与其表面CVD涂层的结合性能.     

碳纤维增强氮化物基复合材料的制备及其性能表征

合成了全氢聚硅氮烷和硼氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征；以混杂先驱体和3D碳纤维编制体为原料，采用先驱体浸渍-裂解（PIP）工艺制得了碳纤维增强氮化硼．氮化硅混杂基体的复合材料，并对复合材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了研究。结果表明，混杂先驱体中含有B—N，B—H，Si—N，Si—H，N—H等结构，无其它杂质出现；随着PIP工艺循环次数的增加，复合材料的密度随之提高：当进行4个循环时基本致密，密度达到1．50g／cm^3，弯曲强度达到156．4MPa；轨道模拟实验显示复合材料具有优异的抗烧蚀性能。     

制备工艺对碳纤维增强碳化硅基复合材料结构和力学性能的影响

以化学气相沉积碳为界面层,聚碳硅烷为先驱体,经过10个周期的浸渍-裂解制备了三维编织碳纤维增强碳化硅复合材料(3D-Cf/SiC)。考察了碳涂层高温预处理和陶瓷先驱体第一个周期1600℃裂解对复合材料结构与性能的影响。结果表明:碳涂层高温预处理有助于复合材料密度的提高,弱化了复合材料的界面结合,从而显著提高了复合材料的力学性能,复合材料弯曲强度达到571 MPa,剪切强度51 MPa,断裂韧性18 MPa.m1/2。     

低温化学气相沉积SiC涂层沉积机理及微观结构

由MTS-H2体系在1000～1300℃沉积了SiC涂层,研究了SiC涂层沉积速率和温度之间的关系,MTS-H2体系沉积反应的平均活化能为114kJ/mol,用理论模型证明了低温化学气相沉积SiC为动力学控制过程.SiC涂层表面的显微结构随沉积温度变化而呈现规律的变化:沉积温度T<1150℃时,CVD SiC涂层表面致密、光滑;T≥1150℃时,CVD SiC涂层表面变得疏松、粗糙.随着沉积温度的升高,CVD SiC涂层的结晶由不完整趋向于完整;当沉积温度T≥1150℃,CVD SiC涂层的XRD谱图中除了β-SiC占主体外还出现了少量α-SiC.     

沉积温度对CVD SiC涂层显微结构的影响

以MTS为先驱体原料，在950-1300℃、负压条件下沉积了CVDSiC涂层．利用SEM对涂层的表面形貌和断口特征进行了表征．沉积温度和SiC涂层表面形貌的关系如下：950℃时，沉积的SiC颗粒非常细小，为独立的球形堆积；1000-1100℃时，CVDSiC涂层表面光滑、致密；1150-1300℃沉积的SiC涂层呈现出球状或瘤状结构且表面粗糙．结合热力学和晶体形核-长大理论，研究了沉积温度对SiC涂层表面形貌的作用机制．沉积温度和SiC涂层断口形貌的关系如下：1200℃以下沉积的SiC涂层断面致密、无孔洞；而1300℃沉积的SiC涂层断面非常疏松．利用岛状生长模型揭示了SiC涂层内部显微结构的形成机理．