SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削试验研究

开展了SiCf/SiC陶瓷基复合材料的超声振动辅助切削试验研究,对比研究超声振动辅助切削及普通切削条件下切削参数对切削力的影响规律.结果表明:SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削时优选钎焊金刚石磨头,超声振动辅助切削相较于普通切削的切削力降低了10％～20％,主轴转速、进给速度、切削深度都会影响超声振动辅助切...     

超声辅助螺旋磨削SiCf/SiC陶瓷基复合材料

针对SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)存在加工质量差、材料去除困难等问题,开展金刚石砂轮超声辅助螺旋磨削SiC_f/SiC陶瓷基复合材料试验,研究其出口质量、孔壁形貌及孔壁表面粗糙度。结果表明：与传统制孔相比,超声辅助螺旋磨削制孔出口处材料无大面积崩边;砂轮磨削速度方向与纤维方向的夹角θ的周期性变化导致孔壁表面形貌呈现规律性变化。当θ在0°/180°时,纤维与基体多发生脱黏现象;当θ在45°时,纤维多发生剪切断裂;当θ在90°时,纤维多发生挤压断裂;当θ在135°时,纤维既发生剪切断裂又发生挤压断裂;孔壁表面粗糙度Sa在θ为90°时最低,在θ为135°时最高。在一定范围内,表面粗糙度Sa随着超声振幅的增大而降低,最大降幅为38.7%;随着进给速度的增大而升高,最大增幅为39.3%。     

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。     

Cf/SiC复合材料与Ti合金的Ag-Cu-Ti-TiC复合钎焊

以Ag-Cu-Ti-TiC复合钎料为中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金.利用SEM、EDS和XRD分析接头的微观组织结构,利用剪切实验检测接头的力学性能.结果表明:钎焊时,借助液态钎料,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti-Si-C、Ti-Si和少量TiC化合物的混合反应层;复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层;钎焊后,形成TiC颗粒强化的致密复合连接层,TiC的加入降低了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-TiC/TC4接头的剪切强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头的.     

超声辅助磨削SiCf/SiC陶瓷基复合材料

针对碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)存在加工质量差、刀具磨损严重等问题,开展金刚石砂轮端面超声辅助磨削SiC_f/SiC复合材料试验,对比研究超声辅助磨削和普通磨削SiC_f/SiC过程中的磨削力、表面形貌及表面粗糙度,并分析其材料去除机理。结果表明:超声辅助磨削可有效降低磨削力;超声作用能促使SiC纤维断裂,形成较短纤维而被去除,减少了纤维的折断和剥落,提高了其表面加工质量;在纵向振动端面磨削条件下,超声振幅在一定范围内有助于改善其表面加工质量,振幅过大则会导致表面冲击作用过强而使其表面质量降低。      

Cf/SiC复合材料SiC/Yb2SiO5抗氧化复合涂层研究

硅酸镱(Yb2SiO5)是Cf/SiC复合材料非常理想的抗氧化涂层材料.用脉冲CVD法在Cf/SiC复合材料上先制备SiC粘附层.用溶胶凝胶法制备粒径为200~300 nm的单相Yb2SiO5粉体,然后用PCS-SiC-Yb2SiO5浆料浸涂法制备SiC-Yb2SiO5过渡层,因PCS粘结强度大,且热解后能在原位生成SiC,故能大大增加涂层的结合力.配备低粘度、高固含量的Yb2SiO5浆料,并用浆料浸涂烧结法制备致密、细晶粒的Yb2SiO5涂层.1500 ℃静态空气中氧化实验表明:SiC/Yb2SiO5复合涂层具备优异的抗氧化性能.     

Cu-Ti-C反应复合-扩散连接Cf/SiC复合材料和TC4钛合金接头的组织结构

用Cu粉、Ti粉、石墨粉组成的混合粉末连接Cf/SiC陶瓷基复合材料和TC4钛合金,采用X射线衍射、扫描电镜和能谱仪对接头组织结构进行分析.结果表明:在Cu-(15～30)Ti(ω,%)粉末中加入适量石墨粉作钎料,经900～950℃、5～30 min真空钎焊,获得了完整的原位合成TiC增强的复合接头.通过在连接层中原位合成一定体积分数TiC可以明显降低接头热应力.钎料石墨颗粒中的C元素和液相连接层中Ti元素发生相互扩散,形成了残余石墨颗粒周围的TiC反应层和分布在连接层中的TiC颗粒.反应速率主要受C元素由石墨颗粒向液相连接层的扩散速率所控制.     

先驱体浸渍-裂解法制备Cf/SiC复合材料

采用先驱体浸渍-裂解法制备了Cf/SiC复合材料.重点研究碳纤维类型对复合材料力学性能和断裂行为的影响.研究表明,采用先驱体浸渍-裂解法可制备出致密度较高的Cf/SiC复合材料.由于M40JB纤维的制备温度明显高于T300纤维的制备温度,因此与T300纤维相比,M40JB纤维具有较高的结晶度和较低的表面活性.结果,在复合材料制备过程中,M40JB纤维与基体的界面反应较弱,从而使复合材料呈现韧性断裂,具有较好的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别为614.4 MPa和18.8 MPa·m1/2.而T300纤维则与基体发生较强的界面反应,导致纤维与基体间的界面结合过强,复合材料表现为脆性断裂.     

先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的拉伸行为研究

研究了先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的拉伸行为.单向拉伸试验表明,材料的抗拉伸强度、拉伸模量和断裂应变分别为181.45MPa、64.95 GPa和0.744%.通过拉伸加载卸载试验分析了材料的拉伸失效过程,并对拉伸试验的应力应变曲线进行了拟合.结果表明,2D Cf/SiC复合材料拉伸破坏可以分为线弹性变形、基体破坏、纤维断裂和材料整体破坏4个阶段,拟合得到的曲线与试验曲线非常吻合.     

单颗磨粒划擦SiCf/SiC陶瓷基复合材料的试验研究

为研究SiC纤维(SiC_f)增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)的磨削损伤机理,搭建试验平台开展单颗磨粒划擦试验,测量划擦力并观察其表面损伤形式,研究磨粒形状、划痕深度和SiC_f取向对复合材料磨削机理的影响。试验结果表明:SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的划擦损伤形式主要有基体崩碎、纤维裂纹、断裂和拔出等。在SiC_f/SiC陶瓷基复合材料划擦过程中,尖锐状磨粒的划擦力更小,且整条划痕的表面损伤范围较扁平状磨粒的小。用扁平状磨粒划擦但纤维取向γ= 0°时,划痕形貌中纤维断裂、纤维拔出等损伤形式出现较少。      

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2D Cf/SiC复合材料,研究了低温裂解工艺(裂解温度低于1000℃)对2DCf/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329.6 MPa,剪切强度32.1 MPa,断裂韧性14.7 MPa·m1/2.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.     

PIP工艺制备Cf／SiC复合材料微观结构研究

用N2等温吸附法研究了PIP工艺制备3D Cf／SiC复合材料内部微观结构。结果表明，复合材料内部为多孔结构，孔隙形状多样，平均孔径小于10nm，孔径分布集中，比表面积为3．41m^2／g。结合吸附理论，认为由B．E．T方程及F．H．H方程计算分形维数值分别反映了孔隙表面的粗糙形貌和孔隙分布复杂拓扑结构。与其它试验结果对比发现，受自身机理所限，等温吸附法仅能表征材料内纳米级中微孔，对100nm以上大孔难以测量，因而无法全面表征Cf／SiC复合材料孔隙特征。     

模压压力对2D-Cf／SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷、SiC微粉为原料，二维碳纤维织物为增强体，采用先驱体转化法制备了2D-Cf／SiC复合材料，考察了模压压力对2D-Cf／SiC复合材料常温力学性能的影响。结果表明，随着模压压力的增加，纤维体积分数明显提高，但材料的力学性能未能随之提高，主要原因在于随着压力增加，SiC微粉对碳纤维的损伤加剧。模压压力的增加导致纤维体积分数增加和纤维损伤的加剧，两方面的原因造成模压压力对材料的力学性能影响不大。有压成型比无压成型制得的材料的高温抗氧化性要好，主要原因是在0MPa压力下，材料基体更容易出现裂纹，从而使得高温条件下氧化气氛更容易对材料性能造成损害。     

Si3N4／SiC复合陶瓷粉末的研制

研究了添加晶种的碳热还原ＳｉＯ２法制取Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ复合粉末的工艺。发现反应温度的升高、反应时间的延长、原料ＳｉＯ２粉比表面的增大、添加Ｓｉ３Ｎ４晶种以及提高Ｎ２流速，均有利于Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ相含量的增加。当ＳｉＯ２：Ｃ为１：２，加入１０Ｗｔ％Ｓｉ３Ｎ４品种时，在１３５０℃下于Ｎ２流速为０．４ｍ３·ｈ－１气氛下反应４ｈ，可得到平均粒度为０．４６ｍ，含Ｎ２３．９ｗｔ％、Ｃ６．２５Ｗｔ％、Ｏ２．９０ｗｔ％的Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＣ超细复合粉末。     

Fabrication of PyC/SiC Compound Coating on Carbon Fiber Preform and Its Effect on the Properties of Cf/Al Composite

为改善碳纤维与熔融铝合金间的润湿性、减小界面反应程度,采用化学气相沉积（CVD）法在碳纤维预制体表面沉积制备了PyC/SiC复合涂层,利用真空吸渗挤压浸渗工艺制备了Cf/Al复合材料。研究了沉积参数对碳纤维表面涂层的影响,并通过复合材料微观组织分析及材料机械性能测试来反映涂层对Cf/Al复合材料的浸渗质量和性能的影响规律。结果表明：沉积温度对涂层沉积速率影响较大,通过选择合适的沉积温度或者沉积时间,可在碳纤维表面得到厚度均匀的PyC/SiC复合涂层。碳纤维预制体表面涂层的存在可使其与基体合金润湿性良好、界面结合强度适中,形成合适的界面结合状态,有效提高浸渗质量和复合材料性能;并且当PyC涂层、SiC涂层厚度分别为0.068、0.257 μm时,复合材料性能改善效果最佳     

Cf/SiC制动材料压缩性能的研究

实验以短碳纤维代替连续碳纤维编织为增强体,以树脂为粘结剂,运用模压成型-无压烧结法制备Cf/SiC陶瓷基制动材料.从碳纤维分布、碳纤维长度和碳纤维体积分数3个方面研究对复合材料压缩强度性能的影响.研究结果表明:当碳纤维以纤维单丝状态分布时,纤维与基体结合界面多,纤维能充分发挥增强增韧作用,使材料的压缩强度得到提高;随着碳纤维长度的增加,材料的压缩强度先增大后减小;碳纤维含量分别为5％、10％、15％时,复合材料的压缩强度先增大后减小,当碳纤维含量为10％时,垂直纤维层方向压缩强度为39.04 MPa,平行纤维层方向压缩强度为35.24 MPa.     

2DCf／SiC复合材料的动态本构关系研究

用波形整形器改装后的SHPB装置测试先驱体法制备的二维Cf/SiC复合材料的动态压缩力学性能，得到了在应变率550～2400s。范围内的动态应力应变曲线。结果表明：使用波形整形器改装SHPB后入射波的形状由矩形变为近三角形：Cf/SiC有明显的应变率效应，其抗压强度随着应变率的增大而增大：根据损伤力学理论，建立了其一维动态本构模型，拟合实验数据确定模型中参数，得到应变率及损伤变量相关的Cf/SiC动态本构关系。