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。     

C/SiC陶瓷基复合材料研究与应用现状

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温、耐磨等综合性能,已成为重要的热结构材料体系之一,目前已成功应用于航空发动机热结构部件、飞行器热防护系统、制动系统以及核结构部件等。本文主要综述了C/SiC陶瓷基复合材料在制备方法和应用领域的研究进展,介绍了一系列具有代表性的C/SiC复合材料的制备方法,重点关注多种制备方法相结合的混合工艺,概述了C/SiC复合材料在航空航天热结构和热防护、刹车材料、空间相机结构等领域的应用,展望了更优异的混合制备工艺以及针对不同应用要求的复合材料新体系,以便为今后C/SiC陶瓷基复合材料的进一步研究提供参考。     

连续碳纤维增强陶瓷基复合材料的氧化行为和氧化防护研究

通过叙述C/C和C/SiC两种复合材料的氧化特点分析了碳纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)的氧化行为,分别从纤维、基体、界面层及外表面4个方面综述了碳纤维改性、基体抗氧化技术、界面层抗氧化技术和表面涂层技术4种CFRCMCs的抗氧化技术,分析了4类抗氧化技术的原理和特点。     

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究

使用CVD技术提高纤维增强陶瓷基复合材料的密度是很困难的,因为它很难使反应气体完全渗入到基体里面.这是由于"瓶颈"效应所致,即CVD过程阻塞了基体表面的小气孔,进而封闭了通向大气孔的入口.为此,提出一种新的方法位控CVD(PCCVD),来克服上述困难.通过控制反应气体通道位置和试样的加热位置,从而达到控制沉积位置,使沉积界面始终处于开孔状态.使用PCCVD技术制造的C/SiC复合材料,实际密度可达其理论密度的96%.     

UD-Cf/SiC陶瓷基复合材料的高温拉伸性能

采用两种形状(纺锤形、矩形)的拉伸试样对热压单向M40JB-C_f/SiC和T800-C_f/SiC复合材料进行了高温拉伸强度测试,得到了C_f/SiC复合材料的拉伸强度,并对纺锤形试样断裂应变的表达式进行修正,得出了复合材料的弹性模量。M40JB-C_f/SiC复合材料1300℃的拉伸强度及模量分别为374 MPa和134 GPa, 1450 ℃的拉伸强度及模量为338 MPa和116 GPa,T800-C_f/SiC复合材料1300 ℃拉伸强度和模量为392 MPa 和115 GPa。测试结果与试样的断裂方式密切相关,在有效部位断裂的测试结果大于在非有效区断裂的测试结果。M40JB-C_f/SiC复合材料的拉伸断裂应力-应变曲线表现出塑性变形的非线弹性破坏特征,而T800-C_f/SiC主要表现为线弹性特征。      

陶瓷基复合材料循环疲劳的研究

本文对陶瓷基复合材料的循环疲劳研究现状及发展趋势进行了最新述评。主要内容有:非相变增韧陶瓷、相变增韧陶瓷、晶须(或纤维)增强陶瓷基复合材料的循环疲劳行为和疲劳裂纹扩展机理。最后,还对进一步研究陶瓷基复合材料的循环疲劳特性提出了一些粗浅的看法。     

一种SiC/SixOyCz非连续增强陶瓷基复合材料的制备及性能

以聚硅氧烷类有机硅树脂YR3370(GE toshiba silicones)裂解生成的无定形Si_<em>xO_<em>yC_<em>z陶瓷为基质, 以0.8μm SiC颗粒为非连续增强介质, 制备了一种SiC/Si_<em>xO_<em>yC_<em>z非连续增强陶瓷基复合材料。含SiC颗粒50%的素坯在99.99%N₂气流中于1100~1300℃下保温1h, 所制备的陶瓷基复合材料密度可达2.27g/cm3, 维氏硬度可达741kg/mm2。通过结构模拟和强度计算分析了SiC/Si_<em>xO_<em>yC_<em>z陶瓷基复合材料的力学性能, 其结构特点是连续的无定形Si_<em>xO_<em>yC_<em>z陶瓷基质包围着分散的作为非连续增强介质的SiC颗粒, 基质与增强介质之间具有合理的热匹配, 并且可以改善单一陶瓷材料的脆性。     

C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的振动响应特性及防松性能

通过对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的模态进行计算和试验分析,确定了其模态参数和振动响应特性;然后通过对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件进行正弦扫频振动试验,研究了拧紧力矩对螺栓连接件振动性能的影响规律;最后研究了液态聚硼硅氮烷（L-PBSZ）对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件防松性能的影响。研究结果表明：一阶和三阶固有计算模态频率与试验模态频率一致,因此可以采用有限元分析方法对C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件进行振动响应特性分析;采用正弦扫频振动频谱信号差值曲线分析方法可以检测螺栓连接件是否松动;SEM观察表明,L-PBSZ改性的C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的螺纹副间形成陶瓷填充体,使得螺纹与螺母间有效摩擦系数和有效摩擦面积增加,因此螺母松脱退出的力矩增大,提高了C/SiC陶瓷基复合材料螺栓连接件的防松可靠性能。     

陶瓷基复合材料疲劳特性的研究

应用相变增韧、相变-晶须复合及相变-颗粒复合三种方式来改善氧化铝陶瓷的力学性能,研究了陶瓷基复合材料的疲劳特性。 在循环压缩载荷作用下,陶瓷材料的应力集中处(如缺口)会产生垂直于压应力轴的疲劳裂纹,随循环周次的增加,裂纹的扩展由快到慢,最终完全停止。循环压缩疲劳裂纹的形成机理是较大的应力集中使材料内出现以微裂纹为主要形式的不可逆损伤,在随后的卸载过程中,不可逆损伤区产生很高的残余拉应力,使疲劳裂纹形核并逐渐扩展。 陶瓷材料在四点弯曲循环载荷作用下,疲劳裂纹具有较长的亚临界扩展过程。裂纹护展速率与循环载荷的最大应力强度因子K_(max)及应力强度因子幅度△K都有关,且随载荷频率的降低及载荷波形由三角波变为正弦波,裂纹扩展速率增加。陶瓷材料四点弯曲疲劳裂纹的亚临界扩展是材料内损伤逐渐累积的结果。疲劳过程中材料通过形成微裂纹及裂纹分叉、克服增强物的阻碍及裂纹表面的桥接与互锁作用、产生裂尖微区内的塑性变形及部分稳定ZrO_2的相变等方式来消耗能量,在材料内造成以微裂纹为主要形式的微观损伤,从而弱化了材料,使疲劳裂纹得以亚临界扩展。 陶瓷材料在1050℃高温下的强度约为其室温强度的一半。陶瓷材料的高温循环疲劳是高温静载效应与循环载荷效应的迭加,1050℃下,循     

热模压辅助先驱体浸渍裂解制备Cf/SiC复合材料研究

以聚碳硅烷为先驱体,采用热模压辅助先驱体浸渍裂解工艺制备3D-B C_f/SiC复合材料,研究了热模压辅助对3D-B C_f/SiC复合材料致密度和力学性能的影响。结果表明:先驱体浸渍裂解制备陶瓷基复合材料第一次浸渍后引入高温热模压工艺可以改善材料微观结构,显著提高材料的致密度和力学性能。其中1600℃,10MPa,1h下热模压辅助先驱体浸渍裂解6次制备的3D-B C_f/SiC复合材料的密度为1.79g/cm3,弯曲强度高达672MPa,断裂韧性达18.9MPa·m1/2,剪切强度接近50MPa,且具有较好的抗热震性和高温抗氧化性。     

连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展

连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能、抗氧化性和化学稳定性，是航空航天和核能等领域新的高温结构材料研究的热点之一。回顾了增强体连续SiC纤维的发展，综述了SiCf／SiC材料的成型制备工艺、界面相对力学性能的影响和目前的应用研究，展望了连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景。     

陶瓷纤维及其陶瓷基复合材料

介绍了连续陶瓷纤维及其陶瓷基复合材料在近年的研究进展,重点评述了陶瓷纤维以及陶瓷基复合材料制备工艺的研究现状,并对连续纤维陶瓷基复合材料的前景进行了展望。     

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。     

碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的研究进展

界面相作为复合材料基本组元之一,其结构组成与性能对材料的性能有着极其重要的影响.综述了碳纤维增强陶瓷基复合材料界面相的功能要求、界面结合类型.阐述了界面相厚度对复合材料性能的影响,适当的界面厚度有利于复合材料获得最佳性能.重点介绍了目前碳纤维表面涂层工艺的研究现状,并分析了各种制备工艺的优缺点.最后指出了今后碳纤维增强陶瓷基复合材料界面的研究方向.     

碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料的研究

使用ＣＶＤ技术提高纤维增强陶瓷基复合材料的密度是很困难的,因为它很难使反应气体完全渗入到基体里面,这是由于“瓶颈”效应所致,即ＣＶＤ过程阻塞了基体表面的小气孔,进而封闭了通向大气孔的入口,为此提出了一种新的方法位控ＣＶＤ（ＰＣＣＶＤ）,来克服上述通过控制反应气体通道位置试样的加热位置,从而达到控制沉积位置,使沉积界面始终处于开孔状态,使用ＰＣＣＶＤ技术制造的Ｃ／ＳｉＣ复合材料,实际密度可达到其理论     

(Al2O3)f/Al复合材料在强界面结合下的疲劳损伤模式

在拉-拉载荷下测定了(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳寿命(S-N)曲线。通过夭折试验以及SEM疲劳断口和纵截面组织结构分析,研究了复合材料的疲劳损伤模式。研究结果表明,(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳极限为750MPa,远高于SCS-6碳化硅纤维增强钛基复合材料。该复合材料兼有钛基和树脂基纤维复合材料疲劳损伤的特点,高应力下由单个裂纹的起源和生长导致复合材料的失效;低应力下,疲劳损伤模式包括纤维劈裂、众多基体裂纹和单个基体裂纹的横向扩展。其中纤维劈裂是主控机制。其更高的疲劳极限可归因于低应力下纤维的纵向劈裂。     

SiC晶须增韧陶瓷基复合材料及其分散研究

阐述了SiC晶须增韧陶瓷基复合材料的进展，指出晶须增韧过程中遇到的难题；综述了近年来对SiC晶须分散摘要并认为化学键合理论在SiC晶须的分散中是主性的研究及其效果，主要介绍了硅烷偶联剂的化学键合理论和物理作用理论，要的。     

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     

陶瓷基复合材料的研究进展

本文对陶瓷基复合材料的发展和研究情况进行综述分析。主要内容有:陶瓷基复合材料的发展和应用前景;纤维材料,多种陶瓷基体材料的韧化研究;陶瓷基复合材料的制备加工技术;陶瓷增韧的力学机理和材料结构性能的研究情况。最后还就陶瓷基复合材料的进一步发展提出一些粗浅的看法。