基体改性对SiC/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响

采用先驱体浸渍-裂解工艺结合三种基体改性方式制备了SiC/SiC复合材料,通过形貌分析和力学性能测试,分析了基体改性对Si C/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响。研究表明,经1200℃静态空气氧化100h后,三种基体改性的复合材料弯曲强度几乎没有下降,氧化200h后,弯曲强度保留率均可达到80%;氧化300h后,复合材料内部结构没有氧化现象,表面区域界面层的氧化程度降低。改性基体中的B元素氧化生成液相封填SiC涂层表面,延缓了SiC涂层的氧化进程,并阻止氧化介质进入复合材料内部,保护纤维和界面层,从而使SiC/SiC复合材料的长时静态高温抗氧化性能明显提高。     

SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展

连续SiC纤维增韧SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC CMCs)具有低密度、优异的高温力学性能和抗氧化性能,在航空发动机热端部件上具有广阔的应用前景,具备提高发动机推重比和使用温度、减轻无效重量、简化系统结构等显著优势.延长SiCf/SiC复合材料在航空发动机高温氧化环境下的服役寿命是当前需要解决的难题.本文从纤维、界面相、基体、表面涂层四个方面综述了SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展.采用多元多层自愈合界面相、对基体进行改性以及采用表面自愈合整体涂层都可以有效提高SiCf/SiC复合材料在高温氧化环境中的使用稳定性和寿命.     

NiO催化氮化制备Si_3N_4/SiC复合材料及其高温性能

以原位生成的NiO纳米颗粒为催化剂,采用催化氮化的方法制备Si3N4/SiC复合材料,研究了所制备复合材料的常温物理性能、高温力学性能、抗热震性、抗氧化及抗冰晶石侵蚀性能。结果表明:1)所制备Si3N4/SiC复合材料的常温耐压强度及抗折强度值分别为131.0及24.6MPa;2)Si3N4/SiC复合材料的高温抗折强度随着温度的升高而增加,1573K时达到最大值后又缓慢下降,但即使1673K时复合材料的高温抗折强度仍高于其常温抗折强度;3)Si3N4/SiC复合材料具有较好的抗热震性能,当实验温度为1573K,采用水冷时,其强度保持率仍有50%左右;4)所制备Si3N4/SiC复合材料开始氧化温度约为1173K,其抗氧化性能优于无催化剂时制备的Si3N4/SiC复合材料;5)所制备的复合材料具有良好的抗冰晶石侵蚀性能。由于NiO纳米颗粒催化生成大量的Si3N4晶须,这些晶须交互分布在骨料之间,形成网络状结构,从而提高了复合材料的性能。     

NiO催化氮化制备Si_3N_4/SiC复合材料及其高温性能

以原位生成的NiO纳米颗粒为催化剂,采用催化氮化的方法制备Si3N4/SiC复合材料,研究了所制备复合材料的常温物理性能、高温力学性能、抗热震性、抗氧化及抗冰晶石侵蚀性能。结果表明:1)所制备Si3N4/SiC复合材料的常温耐压强度及抗折强度值分别为131.0及24.6MPa;2)Si3N4/SiC复合材料的高温抗折强度随着温度的升高而增加,1573K时达到最大值后又缓慢下降,但即使1673K时复合材料的高温抗折强度仍高于其常温抗折强度;3)Si3N4/SiC复合材料具有较好的抗热震性能,当实验温度为1573K,采用水冷时,其强度保持率仍有50%左右;4)所制备Si3N4/SiC复合材料开始氧化温度约为1173K,其抗氧化性能优于无催化剂时制备的Si3N4/SiC复合材料;5)所制备的复合材料具有良好的抗冰晶石侵蚀性能。由于NiO纳米颗粒催化生成大量的Si3N4晶须,这些晶须交互分布在骨料之间,形成网络状结构,从而提高了复合材料的性能。     

NiO催化氮化制备Si_3N_4/SiC复合材料及其高温性能

以原位生成的NiO纳米颗粒为催化剂,采用催化氮化的方法制备Si3N4/SiC复合材料,研究了所制备复合材料的常温物理性能、高温力学性能、抗热震性、抗氧化及抗冰晶石侵蚀性能。结果表明:1)所制备Si3N4/SiC复合材料的常温耐压强度及抗折强度值分别为131.0及24.6MPa;2)Si3N4/SiC复合材料的高温抗折强度随着温度的升高而增加,1573K时达到最大值后又缓慢下降,但即使1673K时复合材料的高温抗折强度仍高于其常温抗折强度;3)Si3N4/SiC复合材料具有较好的抗热震性能,当实验温度为1573K,采用水冷时,其强度保持率仍有50%左右;4)所制备Si3N4/SiC复合材料开始氧化温度约为1173K,其抗氧化性能优于无催化剂时制备的Si3N4/SiC复合材料;5)所制备的复合材料具有良好的抗冰晶石侵蚀性能。由于NiO纳米颗粒催化生成大量的Si3N4晶须,这些晶须交互分布在骨料之间,形成网络状结构,从而提高了复合材料的性能。     

NiO催化氮化制备Si_3N_4/SiC复合材料及其高温性能

以原位生成的NiO纳米颗粒为催化剂,采用催化氮化的方法制备Si_3N_4/SiC复合材料,研究了所制备复合材料的常温物理性能、高温力学性能、抗热震性、抗氧化及抗冰晶石侵蚀性能。结果表明:1)所制备Si_3N_4/SiC复合材料的常温耐压强度及抗折强度值分别为131.0及24.6 MPa;2)Si_3N_4/SiC复合材料的高温抗折强度随着温度的升高而增加,1 573 K时达到最大值后又缓慢下降,但即使1 673 K时复合材料的高温抗折强度仍高于其常温抗折强度;3)Si_3N_4/SiC复合材料具有较好的抗热震性能,当实验温度为1 573 K,采用水冷时,其强度保持率仍有50%左右;4)所制备Si_3N_4/SiC复合材料开始氧化温度约为1 173 K,其抗氧化性能优于无催化剂时制备的Si_3N_4/SiC复合材料;5)所制备的复合材料具有良好的抗冰晶石侵蚀性能。由于Ni O纳米颗粒催化生成大量的Si_3N_4晶须,这些晶须交互分布在骨料之间,形成网络状结构,从而提高了复合材料的性能。     

NBR/SiC复合材料摩擦磨损性能的研究

采用γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)对碳化硅(SiC)进行了表面改性并制备了 NBR/SiC复合材料,研究了干摩擦条件下SiC用量、摩擦转速和载荷大小对NBR/SiC复合材料摩擦磨损性能的影响.结果表明,与未改性SiC填充的复合材料相比,改性SiC填充的复合材料力学性能和摩擦磨损性能均获得改善.在相同条件下,改性...     

热处理对PPR/纳米TiO2复合材料力学性能的影响

制备了无规共聚聚丙烯(PPR)/纳米TiO₂复合材料，并研究了热处理对复合材料力学性能和断口形貌的影响。结果表明：使用4%(w)经硅铝复合包膜改性后的纳米TiO₂可大幅提高PPR的力学性能，复合材料的拉伸强度由未改性的24.0 MPa提高到36.5 MPa，断裂伸长率由未改性的45%提高到90%；热处理可消除复合材料内部热应力，促进结晶的完善，有效改善PPR/纳米TiO₂复合材料的拉伸性能及弯曲性能，热处理最佳温度为120℃，最佳时间为40 min，在此条件下，复合材料的拉伸强度及弯曲强度增幅分别达33.8%,35.9%。     

多层界面相对SiCf/SiC复合材料综合性能的影响

界面相的存在对于SiCf/SiC复合材料的力学性能和抗氧化性能有重要影响,选择合适的界面相对于复合材料本身性能至关重要。本工作采用化学气相渗透工艺制备了具有三种不同界面的SiCf/SiC复合材料,即：SiCf/BN/SiC;SiCf/(BN-SiC)/SiC和SiCf/(BN-SiC-BN)/SiC,研究了多层界面相对材料本身力学性能和抗氧化性能影响。结果表明,界面相的存在有利于维持并提高材料本身的力学性能和抗氧化性能,并且在三种复合材料中,SiCf/(BN-SiC-BN)/SiC复合材料在1200 ℃高温有氧环境强度保有率最高约为95%,并且呈现出更好的自愈合能力。     

B4C增强SiC基复合陶瓷力学性能和抗氧化性能

为改善SiC基复合陶瓷的抗氧化性能，以SiC基复合陶瓷为对象，研究了B₄C的添加量对SiC基复合陶瓷显微结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明，添加B₄C可提高材料中SiC的结晶性和石墨化程度；经1 450℃处理后，当B₄C添加量为6%(质量分数)时，SiC基复合陶瓷的线变化率由1.39%降至0.58%；抗折强度和抗压强度分别由28.06 MPa和48.03 MPa提高到50.25 MPa和98.58 MPa(分别提高1.8倍和2倍)；当B₄C添加量由0增加到6%时，SiC基复合陶瓷经1 400℃烧结(氧化气氛)的氧化指数由30.33%降低至18.35%，氧化层厚度由3.52 mm降至0.23 mm。添加B₄C可提高SiC晶须的生成量，显著增强SiC基复合陶瓷的强度和抗氧化性。     

SiC/SiC复合材料抗氧化界面相的研究现状及展望

SiC/SiC复合材料具有耐高温、抗氧化、耐烧蚀、抗热震等优异性能,是航空航天领域理想的高温结构材料。界面相是影响SiC/SiC复合材料性能的关键因素之一。依据陶瓷基复合材料界面相设计理念的不同,本工作将SiC/SiC复合材料界面相分为层状结构、难熔氧化物、稀有金属盐、多元陶瓷4大类,综述了各类界面相的材料种类与形式、力学及抗氧化性能改性效果、性能影响因素及作用机理、存在的问题,并对未来发展趋势进行了展望。     

萘酚改性烯丙基化环保型酚醛树脂的合成及研究

分别以环保型PF(酚醛树脂)和萘酚改性环保型PF为母体,成功合成了烯丙基化PF和萘酚改性烯丙基化PF,并制备了萘酚改性烯丙基化PF/BMI(双马来酰亚胺)共聚树脂;然后分别以上述树脂作为基体树脂,制备了玻璃纤维增强型复合材料。结果表明:当基体树脂为萘酚改性烯丙基化PF/BMI共聚树脂时,相应复合材料的冲击强度(321.6 kJ/m2)和弯曲强度(524.1 MPa)比萘酚改性烯丙基化PF基复合材料提高了11.0%和46.3%,比未改性环保型烯丙基化PF基复合材料提高了42.8%和258.2%,说明萘酚改性烯丙基化PF/BMI共聚树脂的增韧效果优于萘酚改性烯丙基化PF;萘酚改性烯丙基化PF/BMI共聚树脂基复合材料的耐热性能优于未改性烯丙基化PF体系,这是因为前者800℃时的残炭率(39.62%)高于后者(10.92%)所致。     

纳米SiO2包覆SiC填充改性UHMWPE的热性能

采用纳米粒子表面包覆处理技术制备了纳米碳化硅/超高摩尔质量聚乙烯(SiC/UHMWPE)复合材料,并用傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TG)和差示扫描量热(DSC)进行了测试表征。结果表明:纳米SiC经包覆处理后表面有一层均匀致密的SiO2,包覆处理能改善SiC在UHMWPE基体中的分散效果。当SiC质量分数为5%时,UHMWPE/SiC复合材料具有较高的耐热性能和热导率,这是由于纳米粒子包覆改性纳米SiC与UHMWPE基体均匀分散并形成良好的结合界面,增加了填料对UHMWPE的成核作用,提高其结晶度和耐热性能。     

C_f/ZrB_2–ZrC–SiC超高温陶瓷基复合材料的设计、制备及性能

提出了溶胶–凝胶孔道构建–反应熔渗制备新方法,首先通过溶胶凝胶方法在纤维预制体中引入B_4C–C多孔体,获得C_f/B_4C–C多孔预成型体结构;在此基础上,结合反应熔渗Si–Zr合金,获得C_f/ZrB_2–ZrC–SiC超高温陶瓷基复合材料。研究了C_f/B_4C–C多孔预成型体结构对RMI过程和材料性能的影响,并揭示了孔隙结构对基体分布和界面损伤及复合材料性能的影响规律。结果表明:通过灵活调控C_f/B_4C–C孔隙结构可实现复合材料中ZrB_2–ZrC–SiC基体分布改善和(PyC–SiC)_2界面损伤缓解,大幅提升材料性能。当预成型体孔隙结构为25.9%和58.0μm时,制备的C_f/ZrB_2–ZrC–SiC复合材料基体可均匀分布于纤维束间和束内,同时纤维能得到良好的保护,材料表现出最优的力学性能(抗弯强度231 MPa)。     

多壁碳纳米管/有机硅改性环氧树脂复合材料的研制

以有机硅改性EP(环氧树脂)为聚合物基体、经强碱处理及硅烷偶联剂表面改性的MWCNTs(多壁碳纳米管)为功能性填料,采用原位聚合法制备了MWCNTs/有机硅改性EP复合材料。研究结果表明:经表面改性处理后的MWCNTs可在聚合物基体中良好分散,当w(MWCNTs)=0.6%(相对于有机硅改性EP质量而言)时,复合材料的拉伸强度(86.03 MPa)、弯曲强度(154.07 MPa)相对最大,并且比表面未改性的MWCNTs体系分别提高了17.12%、8.19%。     

掺碳SiC颗粒对MOSi2复合材料性能的影响

研究分析了掺碳SiCp/MoSi2复合材料的相组成、室温和高温力学性能、高温抗氧化性能、耐磨性能以及电阻率.结果表明(SiCp+C)/MoSi2复合材料主要由MoSi2,α-SiCp,Mo5Si3和β-SiC组成.材料的密度和相对密度分别为5.12g/cm3和91%;Vickers硬度,抗弯强度和断裂韧性分别为12.2GPa,530MPa和72MPa.m1/2;800℃的Vickers硬度为8.0GPa,1200℃和1400℃的抗压强度分别为560MPa和160MPa.材料的抗氧化性能优良.在Al2O3和SiC磨盘上表现出优异的耐磨性能.电阻率为40.2μΩ.     

C/SiC复合材料表面化学气相沉积涂覆SiC涂层及其抗氧化性能

采用化学气相沉积法,在1 100 ℃,在碳纤维增强碳化硅复合材料表面制备SiC涂层,研究了涂层连续沉积和分4次沉积(每次沉积时间为6 h)所制备的SiC涂层的微观结构和涂层样品的氧化性能.结果表明:两种SiC涂层的厚度均约为40 μm,且4次沉积制备的SiC涂层为一个连续的整体.涂层连续沉积时,表面只出现裸露裂纹;分4次沉积制备时,表面出现大量边缘有SiC生长锥的附着裂纹,附着裂纹在高温氧化时易发生自愈合.与连续涂层样品相比,4次涂层能显著提高C/SiC样品的抗氧化性能.4次涂层样品经1 400 ℃,50 h氧化后,质量损失为0.88%,质量损失速率稳定在6.30 × 10-5 g/(cm2?h),且4次涂层样品具有优异的抗热震性能.     

SiO_2杂化环保型酚醛树脂的研究与制备

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,成功制备了玻璃纤维增强型改性PF(酚醛树脂)基复合材料的基体树脂——环保型纳米SiO2/PF。研究结果表明:当w(TEOS)=10%时,PF/SiO2复合材料的综合性能相对最好,其拉伸强度(758 MPa)、弯曲强度(945 MPa)和冲击强度(261 kJ/m2)分别比未改性体系提高了144%、53%和30%;改性PF体系的最大失重速率温度比纯PF体系提高了40～50℃,其热分解第二阶段的活化能由134.41 kJ/mol升至240.72 kJ/mol;玻璃纤维增强型PF/SiO2复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别比纯PF体系降低了22.5%和8.4%。     

纳米SiC增强铝基复合材料中增强颗粒含量对材料结构和性能的影响

以A356铝合金为基体材料,碳化硅(SiC)颗粒为增强体,通过超声分散液相熔融吹塑工艺制备不同SiC质量分数的Al/SiC复合材料,分析SiC的加入量对Al/SiC复合材料的物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:纳米SiC的加入抑制FeSiAl4.5相生成,加入质量分数1%SiC抑制效果十分显著。Al/1%SiC复合材料中α-Al晶粒尺寸明显减小且共晶硅组织更细化,此时纳米SiC在Al基体中分布均匀。SiC加入量增至2%、3%时,SiC增强体减小,基体α-Al晶粒尺寸与细化共晶硅组织的作用减弱。TEM分析可观察A356中FeSiAl4.5相组织形貌以及Al/SiC复合材料中均匀分布的纳米SiC颗粒。同步辐射X射线吸收谱说明A356基体中Fe元素是以FeSiAl4.5相的形式存在。Al/1%SiC复合材料的力学性能最佳,抗拉强度达到236 MPa、断裂伸长率增至10%,而Al/2%SiC与Al/3%SiC复合材料的力学性能提升有限。     

PEK-CN/SiC复合材料的制备及热学性能

以酚酞聚芳醚腈酮(PEK-CN)为基体、碳化硅(SiC)为导热填料，用硅烷偶联剂(KH550,KH560及KH570)对SiC进行表面改性，通过静电纺丝技术和高温模压法制备了PEK-CN/SiC复合材料，研究了SiC含量和不同偶联剂改性SiC对PEK-CN/SiC薄膜的微观形貌、PEK-CN/SiC复合材料的导热性能和热稳定性的影响。结果表明：偶联剂改性SiC后以及随着SiC含量的增加，PEK-CN/SiC复合材料的导热性能与热稳定性均有所改善。当经KH560表面改性的SiC质量分数为25%时，复合材料的导热系数最大，达到了0.586 W/(m·K),比PEK-CN导热系数提高了133.5%,玻璃化转变温度、失重5%及30%时的温度较PEK-CN分别提升了3.79,0.37,225.76℃。