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。     

热压辅助先驱体裂解制备Cf/SiC复合材料的研究

以聚碳硅烷为先驱体 ,采用先驱体转化法制备三维编织Cf SiC复合材料。研究发现 ,第一次裂解时采用热压辅助可以明显提高材料的致密度和力学性能。第一次在 160 0℃、10MP的条件下热压裂解 60min ,后续真空浸渍—常压裂解处理五个周期所制得的材料具有较高的力学性能 ,其弯曲强度和断裂韧性分别为 5 64MPa、16MPa·m1 2 。讨论了制备工艺对材料结构和性能的影响     

C_f/SiC复合材料生产工艺研究

Cf/SiC复合材料克服了单一SiC材料韧性低、烧结过程中晶粒长大造成强度下降等缺点 ,本文就Cf/SiC复合材料的生产工艺进行了综述     

SiC/SiC复合材料及其应用

日本开发的Nicalon和Tyranno两种品牌的SiC纤维占有世界上绝对性的市场份额。SiC/SiC复合材料典型的界面层是500 nm厚的单层热解碳(PyC)涂层或多层(PyC-SiC)n涂层,在湿度燃烧环境及中高温条件下界面层的稳定性是应用研究的重点。SiC/SiC复合材料,包括CVI-SiC基体和日本开发的Tyranno hex和NITE-SiC基体等,具有耐高温、耐氧化性和耐辐射性的特点,在航空涡轮发动机部件、航天热结构部件及核聚变反应堆炉第一壁材料等方面正开展工程研制应用。     

SiC晶须及原位增强Si3N4基复合材料的断裂过程

探讨了ＳｉＣ晶须增强和β－ｓｉａｌｏｎ细长晶粒原位增强Ｓｉ３Ｎ４基复合材料的断裂过程。２种材料的试验结果都显示出明显的二级增韧行为：一级增韧过程,断裂阻抗ＫＲ随微小的裂纹扩展而急剧增大,大裂纹扩展到大约０．２５ｍｍ时达到饱和;二级增韧过程,ＫＲ缓慢增长,一直持续到裂纹扩展达到１ｍｍ（原位增强）和１．８ｍｍ（晶须增强）,观察和分析表明：二级增韧行为的发生,本质上起因于裂纹尖端后方桥接晶须和细长晶粒与     

浆料中SiC粉含量对PIP法Cf/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以三维碳纤维编织物和硅树脂(SR249)为原料,采用先驱体转化法(PIP)制备了Cf/Si-O-C复合材料,考察了浆料中SiC粉含量对Cf/Si-O-C的结构与性能的影响.结果表明:由于浆料中SiC粉含量的不同,复合材料的性能与结构具有明显差异.随着浆料中SiC粉含量的增加,Cf/Si-O-C材料的气孔率降低,纤维/基体界面结合减弱,导致其力学性能有明显提高.     

平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的力学性能及损伤演化

通过平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的拉伸、压缩和剪切的单向与循环加–卸载实验,分别研究了材料在拉伸载荷、压缩载荷和剪切载荷作用下的力学性能和损伤演化过程。结果表明:在压缩载荷作用下,材料的压缩性能下降很小,基体开裂,纤维界面脱粘和纤维束断裂为主要的失效机理;材料在拉伸和剪切载荷作用下,损伤演化过程有所区别。材料拉伸损伤演化经历损伤初始阶段、损伤加速阶段和损伤减缓阶段,为韧性断裂,损伤破坏主要表现为:基体开裂、横向纤维束开裂,界面层脱粘、层间剥离和纤维断裂;在剪切载荷作用下,经历损伤加速阶段和损伤减缓阶段,基体开裂、界面层脱粘和纤维断裂为主要的损伤机理,试样最后在最窄截面位置形成平断面。基于实验研究结果,采用回归分析方法,分别给出了材料在拉伸载荷和剪切载荷作用下损伤演化方程式。     

2维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征

通过单向拉伸和分段式加载-卸载实验,研究了二维编织C/SiC复合材料的宏观力学特性和损伤的变化过程.用扫描电镜对样品进行微观结构分析,并监测了载荷作用下复合材料的声发射行为.结果表明:在拉伸应力低于50MPa时,复合材料的应力-应变为线弹性;随着应力的增加,材料模量减小,非弹性应变变大,复合材料的应力-应变行为表现为非线性直至断裂.复合材料的平均断裂强度和断裂应变分别为23426MPa和0.6%.拉伸破坏损伤表现为:基体开裂,横向纤维束开裂,界面层脱粘,纤维断裂,层间剥离和纤维束断裂.损伤累积后最终导致复合材料交叉编织节点处纤维束逐层断裂和拔出,形成斜口断裂和平口断裂.     

Cf/SiC复合材料的制备及性能的研究

采用料浆渗积-有机前躯体裂解工艺制备碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料.制备材料的抗弯强度达283 MPa,断裂韧性达12.1 MPa·m1/2.     

平纹编织C/SiC复合材料的失效判据

通过Arcan夹具拉伸实验,研究了平纹编织C/SiC复合材料的唯象强度特性,根据实验结果提出了一种椭圆形失效判据,可以反映拉压强度的差异,以及压缩和剪切同时作用时裂纹面闭合引起最大容许剪应力的回升.结果表明：椭圆形判据和实验结果在第一象限吻合良好,说明椭圆判据在第一象限内对平纹编织C/SiC是适用的.用线弹性有限元方法分析了Arcan拉伸实验中试样的应力状态和分布,并讨论了夹具刚度的影响.分析表明：试样缺口区域剪切应力分布均匀,大小接近平均剪应力;正应力在边缘有应力集中,中央应力约为平均正应力的77%.由于纤维增强陶瓷基复合材料存在微弱缺口敏感性,Arcan圆盘测出的强度略低于均匀拉伸结果.采用系数对测出的强度进行了修正.     

燃烧合成Cf/TiC-TiB2复合材料过程中碳纤维的损断机理

采用燃烧合成结合准热等静压的方法制备了Cf/TiC-TiB2复合材料,详细分析了材料制备过程中碳纤维的损断机理。研究结果表明,在剪短、湿混以及加压过程中会造成纤维的物理损伤和断裂;Ti和O原子与碳纤维表面C原子反应会造成纤维的化学损伤;残余应力导致纤维的高温损伤和断裂。     

2D-SiC/SiC陶瓷基复合材料的拉伸本构模型研究

通过单向拉伸试验,研究了2D-SiC/SiC复合材料的应力-应变行为.结果表明,材料单向拉伸应力-应变曲线表现出明显的双线性特征,且线弹性段较长.通过试件断口照片,分析了2D-SiC/SiC复合材料单向拉伸破坏机理和损伤模式.基于对损伤过程的假设,建立了二维连续纤维增强陶瓷基复合材料的双线性本构模型,并将其应用于2D-SiC/SiC复合材料的应力-应变曲线模拟,模拟结果与试验值吻合很好.同时,分析计算表明,2D-SiC/SiC复合材料的单轴拉伸行为主要由纵向纤维柬决定,横向纤维对材料的整体模量和强度贡献很小.     

裂解碳包覆对SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基复合材料性能的影响

以SiC纳米纤维(SiC_nf)为增强体,通过化学气相沉积在SiC纳米纤维表面沉积裂解碳(PyC)包覆层,并与SiC粉体、Al₂O₃-Y₂O₃烧结助剂共混制备陶瓷素坯,采用热压烧结工艺制备质量分数为10%的SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基(SiC_nf/SiC)复合材料。研究了PyC包覆层沉积时间对SiC_nf/SiC陶瓷基复合材料的致密度、断裂面微观形貌和力学性能的影响。结果表明:在1 100 ℃下沉积60 min制备的PyC包覆层厚度为10 nm,且为结晶度较好的层状石墨结构;相比于纤维表面无包覆层的复合材料,复合材料的断裂韧性提高了35%,达到最大值(19.35±1.17) MPa·m^1/2,抗弯强度为(375.5±8.5) MPa,致密度为96.68%。复合材料的断裂截面可见部分纳米纤维拔出现象,但SiC_nf/SiC陶瓷基复合材料界面结合仍较强,纳米纤维拔出短,表现为脆性断裂。     

有机前驱体中添加ZrB2和SiC微粉制备Cf/SiC-ZrB2复合材料

通过在有机前驱体溶液中加入惰性填料ZrB_2和SiC微粉,制备了C_f/SiC-ZrB_2复合材料。分别研究了三组不同含量的料浆对复合材料浸渍裂解效果的影响,并借助扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对制备的Cf/SiC-ZrB2复合材料的微观结构和元素组成进行了分析。研究表明:在有机前驱体溶液中添加无机粉体浸渍复合材料能够起到缩短制备周期、提高材料强度的目的。当加入惰性填料的质量分数为15%时,能够在8个制备周期内将复合材料的密度快速提升到2.0g?cm~(-3),而且制备的材料内部结构致密,力学性能优异。     

Fabrication and Properties of Ti3SiC2/SiC Composites

Ti3SiC2/SiC composites were fabricated by reactive hot pressing method. Effects of hot pressing temperature, the content and particle size of SiC on phase composition, densification, mechanical properties and behavior of stress-strain of the composites were investigated. The results showed that ： （ 1 ） Hot-pressing temperature influenced the phase composition of Ti3SiC2/SiC composites. The flexural strength and fracture toughness of composites increased with hot pressing temperature. （2） It became more difficult for the composites to densify when the content of SiC in composites increased. It need be sintered at higher temperature to get denser composite. The flexural strength and fracture toughness of composites increased when the content of SiC added in composites increased. However, when the content of SiC reached 50 wt%, the flexural strength and fracture toughness of composites decreased due to high content of pore in composites. （3） When the content of SiC was same, Ti3SiC2/SiC composites were denser while the particle size of SiC added in composites is 12. 8 μm compared with the composites that the particle size of SiC added is 3 μm. The flexural strength and fracture toughness of composites increased with the increase of particle size of SiC added in composites. （4） Ti3SiC2/SiC composites were non-brittle fracture at room temperature.     

Additive manufacturing of high mechanical strength continuous Cf/SiC composites using a 3D extrusion technique and polycarbosilane-coated carbon fibers

A novel additive manufacturing approach is herein reported for manufacturing high mechanical strength continuous carbon fiber-reinforced silicon carbide (C_f/SiC) composite materials. Continuous carbon fibers were coated with polycarbosilane (PCS) using a colloidal evaporative deposition process and then coextruded with high solid content SiC ink. The zeta potential of the SiC ink was adjusted to optimize the printing ability of the suspension. During sintering, small SiC grains and whiskers were generated in the gaps in and around the PCS-coated carbon fibers, which led to the improved flexural strength and density of the composites. Meanwhile, the PCS coating on the surface of the carbon fibers prevented the carbon fibers from reacting with SiO gas generated by reactions between the SiC matrix and SiO₂ and sintering additives (Al₂O₃ and Y₂O₃), effectively preserving the structural integrity of the carbon fibers. Compared to the SiC specimens containing uncoated carbon fibers, the density of the specimens fabricated with coated carbon fibers was increased from 2.51 to 2.85 g/cm³, and the strength was increased from 190 to 232 MPa.     

基于核应用下碳化硅陶瓷及其复合材料的连接研究进展

SiC陶瓷及其复合材料凭借其自身固有的核辐射下的稳定性而有望成为新一代核裂变以及未来核聚变反应堆中重要的结构材料.能否满足核应用环境下各种苛刻条件而实现完美连接是其能够得到最终应用的关键.本文综述了目前国际上基于核应用上SiC陶瓷及其复合材料的几种连接工艺的发展情况.     

Effects of random chopped short carbon fibers on microstructure and mechanical properties of joints for Cf/SiC composites by reaction bonding process

Random chopped short carbon fibers (C_sf)/phenol-formaldehyde resin (PF)/SiC powder mixtures are used as filler for the joining of C_f/SiC composites to obtain SiC interlayer at the joining region. The influences of C_sf on the microstructure and mechanical properties have been investigated. Research shows that the introduction of C_sf can improve the microstructure uniformity of the joint and reduce residual silicon content in the interlayer. The joint achieve a high flexural strength of 232?±?33?MPa as the carbon fiber content is 30?wt.%, which is similar to that of the C_f/SiC composites (220?±?21?MPa). The decrease in residual silicon content and the formation of nano-sized SiC particles are the main reasons for high joining strength.     

SiC／Al复合材料的组织与力学性能研究

采用无压浸渗法制备了SiC／Al复合材料．研究不同颗粒大小的复合材料的抗弯强度、金相组织和断裂机理。结果表明：颗粒尺寸为20um的SiC／Al复合材料抗弯强度最高：小颗粒复合材料的断裂以沿晶断裂为主，局部有韧性撕裂的特征，而大颗粒还伴有穿晶解理特征。