Cf／SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解（PIP）工艺制备了2DC／SiC复合材料，研究了低温裂解工艺（裂解温度低于1000℃）对2D Cf/SiC复合材料结构和性能的影响，为Cf／SiC复合材料的低温制备探索可行之路。研究表明，采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf／SiC复合材料力学性能，其弯曲强度达到329．6MPa，剪切强度32．1MPa，断裂韧性14．7MPa·m^1/2。并采用差热（TG-DTA）、红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）等对先驱体聚碳硅烷（PCS）及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究。     

首周期工艺条件对先驱体转化制备Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期不同工艺条件对材料性能的影响.结果表明首周期1600℃真空裂解的Cf/SiC复合材料性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别达到497MPa和29.6 MPa·m1/2;首周期采用缓慢降温可以小幅度地提高Cf/SiC复合材料的力学性能.     

先驱体转化制备2D Cf/SiC复合材料力学性能

以国产3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷和SiC微粉为先驱体和填料,分别采用热压辅助先驱体转化和先驱体浸渍裂解工艺制备了2D Cf/SiC复合材料.结果表明,热压辅助先驱体转化工艺制备的2D C/SiC复合材料纤维损伤严重,基体较为疏松,材料力学性能很低,弯曲强度和断裂韧性仅为84.3 MPa和6.5 MPa·m1/2.而先驱体浸渍裂解工艺制备的2D C-SiC复合材料纤维损伤较小,具有较好的界面结合,内部孔隙较为均匀,力学性能较好,弯曲强度和断裂韧性分别达到321.6 MPa和17.8 MPa·m1/2.材料具有较好的高温力学性能,1300℃时力学性能有较大幅度的提高,1600℃和1800℃时复合材料力学性能还可以较好地保持.     

Cf/SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,T300碳纤维和光威(GW)碳纤维为增强纤维,采用先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)分别制备了Cf/SiC复合材料.在相同工艺条件下,所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平,两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364 MPa和437 MPa.采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况,并分析了复合材料的结构和性能差异.     

基体对PIP法制备2D Cf/SiC材料抗氧化性能的影响

以3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷为先驱体,采用先驱体转化工艺制备了2D Cf/SiC复合材料,考察了基体结构对材料抗氧化性能的影响.结果表明,先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的抗氧化性能主要与材料基体中的游离碳含量及孔隙率有关,基体中游离碳含量和孔隙率越高,材料的抗氧化性能越差.通过减少基体中的孔隙率和游离碳含量,可以制备抗氧化性能较好的2D Cf/SiC复合材料,在1300℃,马弗炉中氧化20 min后,材料的失重率仅为2.2%,弯曲强度和断裂韧性保留率达到83.6%和80.9%.     

碳预制体中BN粉引入及其SiC基复合材料性能研究

通过真空浸渍和压力注射的工艺方法向三维针刺整体碳毡中引入了质量分数为50%的BN亚微米粉,采用PIP工艺,以含乙烯基的液态聚碳硅烷(LPVCS)为先驱体,制备了Cf/(BNp-SiC)复合材料,并对其性能及微观形貌进行了表征,与未加粉的Cf/SiC复合材料进行了对比。结果表明:BN粉的引入能有效缩短复合材料的制备周期,且对材料的力学性能影响较小。经过8次PIP工艺后,Cf/(BNp-SiC)复合材料开孔率仅为4.4%,Cf/SiC复合材料经9次PIP工艺后开孔率为6.5%。Cf/(BNp-SiC)复合材料抗弯强度达到269.6MPa,断裂韧性为10.26MPa·m1/2,Cf/SiC复合材料抗弯强度和断裂韧性分别为257.8MPa和13.51MPa·m1/2。     

不同强度碳纤维在PIP工艺中的损伤

针对先驱体聚碳硅烷浸渍裂解工艺(PIP)制备Cf/SiC复合材料过程中碳纤维损伤严重的问题,研究了在Cf/SiC复合材料制备过程中不同强度碳纤维的损伤,并采用SEM、XRD、XRFS等手段进行表征.结果表明,低强度碳纤维表面缺陷多、内部杂质含量高,易在制备工艺中热应力拉伸或弯折破坏模式下损伤,这些是造成Cf/SiC复合材料性能差的主要原因.     

Cf／SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷（PCS）为先驱体，T300碳纤维和光威（GW）碳纤维为增强纤维，采用先驱体浸渍一裂解工艺（PIP）分别制备了Cf／SiC复合材料。在相同工艺条件下，所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平，两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364MPa和437MPa。采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况，并分析了复合材料的结构和性能差异。     

硼在先驱体转化制备2DCf/SiC材料中的应用

研究了含硼(B)的聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)先驱体的裂解,并以B为活性填料,SiC微粉为惰性填料,PCS/DVB为先驱体制备了2D Cf/SiC-B材料.考察了B粉含量对材料力学性能和抗氧化性能的影响.结果表明,B的引入可以有效提高先驱体的陶瓷产率,缩短制备周期,当浆料中B含量为15φ%时,6次浸渍-交联-裂解周期后,材料的弯曲强度达到301.3MPa,与不添加活性填料制备的材料9个周期后的性能基本相当.当浆料中B含量为5φ%时,材料的力学性能和抗氧化性能均较好,9个周期后,材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到351.3 MPa,13.7 Mpa·m1/2,较不添加活性填料制备的材料力学性能有所提高,在1300℃马弗炉中氧化10 min后,弯曲强度和断裂韧性保留率分别达到了79.4%和80.3%,较未添加活性填料的Cf/SiC材料有明显提高.     

硅树脂先驱体转化制备2DCf/Si-O-C

以二维碳纤维布、硅树脂先驱体、SiC微粉和乙醇溶剂为原料,采用PIP工艺制备了2D Cf/Si-O-C材料,考察了浆料配比对材料力学性能和抗氧化性能的影响.结果表明:硅树脂/乙醇/SiC配比为3∶1.2∶1时所制备材料的力学性能较好,其弯曲强度和断裂韧性分别达到249 MPa和12.7 MPa·m1/2.与力学性能的变化趋势不同,随着浆料中SiC含量的增加,材料的抗氧化性能随之提高,硅树脂/乙醇/SiC配比为3∶1.2∶4时所制备材料在1300℃氧化10 min后,弯曲强度和断裂韧性保留率分别达到了76.3%和83.9%,较未添加SiC微粉的2D Cf/Si-O-C材料有明显提高.