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.     

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.     

纤维类型对Cf/SiC复合材料力学性能的影响

本工作以AIN和Y2O3为烧结助剂,采用先驱体转化－热压烧结的方法制备出了Cf/SiC复合材料,研究了纤维类型影响复合材料力学性能的本质原因,由于T300纤维的制备温度明显低于M40JB纤维的制备温度,因此,与M40JB纤维相比,T300纤维的石墨化程度较低且含有较多的杂质,从而导致T300纤维表面的活性强,而M40JB纤维表面的活性较弱,正是这种结构和成分的差别,使T300纤维与基体的结合较强,而M40JB纤维与基体的结合较弱,因此以T300纤维为增强的复合材料呈现脆性断裂,而以M40JB纤维为增强相的复合材料则呈现韧性断裂,谈复合材料具有较好的力学性能。     

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.     

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、...     

采用在SiC毡上CVD—SiC涂层提高C／C复合材料抗氧化性能

最近发展起来的SiC纤维复合涂层，也就是SiC/SiC层与化学气相沉积（CVD）SiC结合形成复合涂层，已能够在高温下提高C／C复合材料的抗氧化性。形成的SiC纤维复合涂层约300μm厚，生产时先将SiC毡覆盖在3D－C／C基体材料上，然后浸渍一种碳粉与硅粉均匀分散的料浆进行化学气要沉积。通过化学气相沉积（CVD）过程，在复合材料上形成致密的涂层。在CO2－H2O－N2组成的混合气体（CO2 9％、N273％、H2O18％），1700℃下进行5h氧化实验，结果发现有SiC毡增强复合涂层比没有SiC毡增强复合材料失重率低。SiC纤维毡复合涂层由双层结构组成，里层是多气孔的SiC/SiC纤维层，外层为致密的SiC涂层。由于SiC/SiC纤维层热膨胀系数介于C／C复合基体材料与CVD－SiC涂层之间，因此，SiC/SiC中间层在复合材料中起了重要作用，从而由于热膨胀系数不同产生的热应力致使涂层开裂降低到最低程度。涂层试样氧化后，采用缓冲冲床（MSP）测试其残余强度。MSP测试结果表明氧化后C／C复合材料强度值呈发散性，从纤维折断面看有z轴方向分布纤维存在。然而，这种方法仅适用于测试小尺寸试样。从这篇论文中，可看出涂层后的C／C复合材料有高的抗氧化性，其氧化后仍能保持高的残余强度。     

C／SiC复合材料热性能及抗氧化性能的研究

本文研究了聚碳硅烷化学转化法制备C/SiC复合材料过程中碳纤维(CF)、碳化硅(SiC)基体的热物理性能对C/SiC复合材料性能的影响,并提出了一种可以提高复合材料抗氧化能力的简单有效的方法。     

三维编织Cf/SiC复合材料的拉伸破坏行为

通过三维编织碳纤维(carbon fiber，Cf)／SiC复合材料样品单向拉伸以及单向拉伸加卸载实验．结合样品断口观察．从宏观上分析了三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时的力学响应，为进一步描述三维编织Cf／SiC复合材料力学行为奠定了实验基础。实验结果表明：三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时，卸载模量衰减与应力呈线性关系，残余应变的增加与应力呈二次函数关系。微裂纹主要在编织节点处萌生，沿纤维束界面扩展，最终在编织节点处汇合，导致样品发生破坏。     

SiC陶瓷基体及抗氧化涂层

介绍了5种主要SiC基体的成型方法,分别是化学气相渗透(CVI)、聚合物先驱体浸渍-裂解法(PIP)、液相硅渗透法(LSI)、反应烧结法、化学气相反应法(CVR)。阐述了各种基体的组织结构、致密效率及陶瓷基复合材料的性能,其中CVI+PIP/LSI的复合成型技术可达到优化的制备过程,提高基体的组织结构和致密化效率;C/C及C/SiC复合材料表面化学气相转换法SiC涂层及多层涂层技术是提高CMC抗氧化性能的有效途径,并已得到工程实际验证。     

无黏结剂碳/陶复合材料的抗氧化机理

无黏剂C/C复合材料同其他C/C复合材料一样存在抗氧化性能差这一致命的弱点 ,采用防氧化表面涂层不能很好地解决涂层与基体间热膨胀差异所带来的裂纹问题 .通过采用一定比例的生石油焦、B₄C和SiC混合磨粉后 ,加入短碳纤维 ,无需添加黏结剂模压成型 ,而后烧结制得结构密实均匀的碳 /陶复合材料 .在 900～1200℃温度范围内对其抗氧化性能进行测试 ,结果表明该材料具有良好的抗氧化性能。从热力学的角度对其抗氧化机理进行了探讨 .     

碳纤维增强碳复合材料表面多层复合涂层中SiC和TiC内层的比较(英文)

采用包埋法制备了碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carb on composites,C/C)复合材料表面多层涂层,包括SiC,TiC内层,SiC,TiC中间层以及SiC+TiC复合外层。利用场发射扫描电镜和X射线衍射对其表面和断面的结构进行研究。结果显示:和TiC内层相比较,SiC内层较厚而且致密,具多孔结构且和C/C复合材料结合紧密;TiC内层较薄且和C/C复合材料结合松散。制备的SiC+TiC复合外层由SiC,TiC和Ti3SiC2组成。     

一种中温炭/炭复合材料抗氧化涂层的制备及其性能

制备了一种使用温度约1173K的炭/炭复合材料抗氧化复合涂层,它由磷酸盐过渡层和陶瓷相阻挡层构成。通过与单一陶瓷相涂层的对比试验研究了它的抗氧化机理。涂覆有该复合涂层的炭/炭复合材料试样在空气中1173K下氧化10h的失重为11.25wt%,氧化失重率为9.84×10-5g/cm2·min),而且其氧化失重率随氧化时间延长而降低;4小时内经过30次从1173K至室温急冷急热循环后失重为6.38wt%,涂层基本完好,说明涂层在不超过1173K温度时具有良好的抗氧化性和抗热震性能。该种涂层适合于中温下炭/炭复合材料的抗氧化保护。     

烧结温度对防氧化涂层性能影响研究

研制了一种以磷酸盐涂层和陶瓷涂层相结合的新型复合防氧化涂层,针对不同的烧结温度研究了这种复合涂层的防氧化性能。结果表明：在700℃静态氧化30h后,800℃烧结的复合涂层试样的氧化失重率最小,为0．99％,经过900℃、3min←→室温、2min30次和1100℃、3min←→室温、2min10次连续热震后,其氧化失重率仅为0．31％,氧化速率为1．34×10^-7g·cm^-2·s^-1。SEM观察结果显示不同烧结温度制备的涂层表面微观形貌明显不同,800℃烧结的涂层表面完整致密,氧化后涂层仍然保持完好,没有脱落,说明该涂层与炭基体的结合性能以及热稳定性能良好,适合作为飞机炭刹车副的防氧化涂料。     

基于因素分析的C/SiC复合材料氧化动力学模拟

用因素分析法对C/SiC复合材料在氧气气氛下的氧化相对质量变化曲线进行了分析,确定了在不同温度区间内影响其相对质量变化的控制因素:在温度θ<700℃时复合材料的氧化速率由碳氧反应控制,属线性机制;随温度的升高,氧气通过涂层微裂纹的扩散将控制复合材料的氧化速率,属抛物线性机制;在温度θ>1000℃时,微裂纹逐步封闭,氧气通过SiO2生成层的扩散以及涂层表面的氧化将分别成为影响复合材料氧化速率的控制因素。在此基础上,建立了描述复合材料氧化过程的动力学模型。     

纤维类型对C_f/SiC复合材料力学性能的影响

本工作以AlN和Y2 O3为烧结助剂 ,采用先驱体转化 -热压烧结的方法制备出了Cf/SiC复合材料 .研究了纤维类型影响复合材料力学性能的本质原因 .由于T3 0 0纤维的制备温度明显低于M 40JB纤维的制备温度 ,因此 ,与M 40JB纤维相比 ,T3 0 0纤维的石墨化程度较低且含有较多的杂质 ,从而导致T3 0 0纤维表面的活性强 ,而M 40JB纤维表面的活性较弱 .正是这种结构和成分的差别 ,使T3 0 0纤维与基体的结合较强 ,而M40JB纤维与基体的结合较弱 ,因此以T3 0 0纤维为增强相的复合材料呈现脆性断裂 ,而以M 40JB纤维为增强相的复合材料则呈现韧性断裂 ,该复合材料具有较好的力学性能     

三维针刺C/SiC复合材料的结构特征和力学性能

采用化学气相渗透法制备了在厚度方向上具有纤维增强的三维针刺碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料,复合材料的密度和气孔率分别为2.15 h/cm3和16%.三维针刺C/SiC复合材料中的针刺纤维将各层紧密结合在一起,其层间抗剪切强度显著提高,为95MPa,比二维碳布叠层C/SiC复合材料的剪切强度(35MPa)高171.4%.三维针刺C/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为159MPa和350MPa,断裂模式为非脆性断裂,包括:裂纹扩展、偏转,碳纤维的拉伸断裂和逐步拔出.     

FeCrAl合金表面高温抗氧化陶瓷涂层的制备

用粘结料与Cr2O3制成料浆,用喷涂涂覆于FeCrAl合金表面,在空气中1 300℃熔烧制备了耐高温（1 200℃）抗氧化陶瓷涂层.用扫描电子显微镜,电子探针显微分析仪,X射线衍射仪,热膨胀仪等测试手段对涂层以及涂层与基体界面处进行表征.探讨了陶瓷涂层样品高温抗氧化性能的机理,获得了具有良好高温抗氧化性能的陶瓷涂层配方,其粘结料与Cr2O3的质量比为1;0.5.结果表明：在空气中1 200℃,360 h抗氧化实验后,这种涂层样品的氧化质量增加约为基体合金的1/22.揭示了涂层高温抗氧化性能与涂层的组成、显微结构之间的关系.     

炭／炭复合材料SiC／Mo（Six，Al1-x）2涂层形成机理与抗高温氧化性能

采用高温包渗技术在炭／炭复合材料表面制备了SiC／Mo（Six,Al1-x）2复合涂层,采用两步反应法研究了复合涂层的生成机理。发现复合涂层是由Si、Al2O3、SiC、MoSi2原始粉末材料与基体炭材料经过复杂化学反应生成的SiC、Mo（SixAl1-x）2以及微量Mo4．8Si3C0．6固溶体组成。在较低温度下（〈1750℃）,单质硅与基体碳的液-固相反应,经过2小时后可以在炭／炭复合材料表面和内部孔隙表面生成致密的SiC过渡涂层;在较高温度下（≤2000℃）,SiC、Al2O3和MoSi2间的反应较为复杂,其主要过程为SiC与Al2O3间生成液体硅、液体铝和气态SiO、Al2O的多相反应,该反应生成的液体铝能够与MoSi2颗粒发生置换反应,生成熔点降低的Mo（Six,Al1-x）2转移涂层;同时,生成的液体硅与CO反应生成晶须状β—SiC,并与Mo（Six,Al1-x）2形成增强型复合涂层。本文还研究了过量单质Si和SiC对Mo（Six,Al1-x）2的还原反应,化学反应推论与实验结果相吻合。以新提出的涂层生成机理为指导,以粉末原料质量组成为Si10％,Al2O3 10％,SiC54％和MoSi226％时所制得了致密并且无粘结的复合涂层材料,并研究了封孔处理后复合材料的抗氧化性能。     

单向纤维增强SiC基复合材料界面微结构的研究

采用先驱体浸流法制备了３种不同纤维增强的ＳｉＣ基复合材料,观察,分析了材料的微观结构,界面成分以及相应的材料性能。研究发现：在制备过程中Ｓｉ和Ｏ会逐渐从基体扩散到纤维中,并导致纤维劣的化,Ｍ４０ＪＢ碳纤维受损最严重,所制备材料性能最差;采用Ｈｉ－Ｎｉｃａｌｏｎ纤维增强的ＳｉＣ基复合材料具有最佳的性能,单向板弯曲强度达到７０３．６ＭＰａ,断裂韧性达到２３．１ＭＰａ．ｍ＾１／２。