先驱体法聚硅氧烷制备SiCf/Si-O-C复合材料的性能研究

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法制备SiCf/Si-O-C复合材料.研究了吸收剂含量不同对复合材料的弯曲强度、密度、热膨胀系数的影响,同时测试了材料对雷达波的反射率,结果表明低频带区有良好的吸波性能.对材料微观结构进行了分析讨论,发现界面结构与致密度是SiCf/Si-O-C复合材料具有高性能的主要原因.     

SiCf/SiC复合材料的制备与力学性能

分别采用先驱体裂解-热压和先驱体浸渍-裂解方法制备出了SiCf/SiC复合材料.重点探讨了不同制备工艺对复合材料纤维/基体间界面和断裂行为的影响.研究表明,采用先驱体裂解-热压工艺制备复合材料时,虽然烧结液相可以促进复合材料的致密化,但其同时导致纤维与基体间的界面结合强以及纤维本身性能的退化,因此复合材料表现为脆性断裂,具有较低的力学性能.而采用先驱体浸渍-裂解法制备复合材料时,由于致密化温度较低,复合材料中纤维与基体的界面结合较弱,而且纤维的性能保留率较高,因此,纤维能够较好地发挥补强增韧作用,复合材料具有较好的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别为703.6MPa和23.1Pa.m1/2.     

SiC纤维表面碳涂层及其SiCf／SiC复合材料性能研究

采用先驱体转化法（PIP）以酚醛和沥青为先驱体在SiC纤维表面涂覆碳层，并制备SiCf／SiC复合材料；优化了两种碳涂层制备工艺；分析了涂层后纤维的表面形貌并测试涂层厚度；研究了两种碳涂层对两种SiC纤维（普通和含铝）及复合材料力学性能的影响。     

聚硅氧烷先驱体转化制备低成本Si—O—C陶瓷基复合材料

研究了廉价聚硅氧烷的交联与裂解情况，并以其为先驱体转化制备Si-O-C陶瓷基复合材料，结果表明，在氯铂酸的催化下，聚硅氧烷与二乙烯基苯可以交联固化，当聚硅氧烷／二乙烯基苯摩尔比为1：0．5时，陶瓷产率达60．52％，经6次浸渍－交－裂解过程制备出碳纤维三维编织物增强陶瓷基复合材料，其密度达到1.59g/cm^3，弯曲强度达到321MPa，断裂韧性达到9.38MPa.m^1/2.     

气相渗硅工艺制备KD-1 SiCf/SiC 复合材料及其性能研究

以国产KD-1型SiC纤维为增强体,采用化学气相沉积和酚醛树脂浸渍裂解获得两种碳源的多孔SiCf/C,通过气相渗硅工艺制备了KD-1 SiCf/SiC复合材料,对复合材料的微观结构和力学性能进行了研究.结果表明:不同碳源的多孔SiCf/C,经过气相渗硅得到SiCf/SiC复合材料的断裂韧性相差较大,分别为12.9,2.0MPa·m1/2.而对于酚醛树脂浸渍裂解制备的高孔隙率SiCf/C中间体,经过气相渗硅得到SiCf/SiC复合材料的密度及力学性能明显高于由低孔隙率SiCf/C得到的SiCf/SiC复合材料.     

Cf/Si-O-C复杂形状应用构件的制备

结合树脂传递模塑（RTM）和先驱体浸渍裂解技术,以聚硅氧烷（PSO）为先驱体,制备出复杂形状的Cf/Si-O-C陶瓷基复合材料应用构件。根据RTM的工艺要求,研究了二乙烯基苯（DVB）/PSO的交联和裂解,DVB/PSO粘度与温度和时间的关系,DVB/PSO与碳纤维的润湿性以及作用作脱模剂的TiO2薄膜的制备。     

连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展

连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能、抗氧化性和化学稳定性，是航空航天和核能等领域新的高温结构材料研究的热点之一。回顾了增强体连续SiC纤维的发展，综述了SiCf／SiC材料的成型制备工艺、界面相对力学性能的影响和目前的应用研究，展望了连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景。     

裂解升温速率对聚碳硅烷先驱体转化制备Cf/SiC材料弯曲性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)／二乙烯基苯(DVB)为先驱体制备了3D-B Cf／SiC复合材料，研究先驱体转化过程中不同裂解升温速率对材料力学性能的影响。结果表明：随着裂解升温速率的提高，材料致密度增加，界面结合变弱，从而陶瓷基复合材料的力学性能明显提高。以15℃／min裂解升温速率制得的陶瓷基复合材料的室温弯曲强度达到556．7MPa，1300℃真空下测试，材料的弯曲强度达到680．3MPa。     

SiCf/SiC复合材料制备研究进展

随着科学技术的不断发展,人类对极端条件下应用的材料的需求持续上升.SiCf/SiC复合材料具有耐高温、高强高韧、耐氧化等优点,成为航空航天领域热端部件的理想候选材料;同时,SiCf/SiC复合材料还具有低活化、抗辐照、高温化学稳定性好等优异性能,在核电领域结构材料的应用具有广阔的前景.常用的SiCf/SiC复合材料的制备方法有化学气相渗透法、先驱体浸渍裂解法、热压烧结工艺和熔融浸渍法,其中化学气相渗透法和先驱体浸渍裂解法两种工艺已经应用于航空发动机静载热端部件的生产,但是这些工艺自身固有的不足在材料制备中依然无法较好地解决,于是近年来出现了混合采用多种工艺来制备SiCf/SiC复合材料的尝试.SiC纤维和基体间需要有一层界面层来偏转裂纹、保护纤维,目前常用的界面材料有热解炭和六方氮化硼涂层,由于单一涂层较难满足材料在多种复杂条件下的应用需求,针对涂层改进的新方法和新思路层出不穷.相对于传统烧结工艺,新型烧结方式如微波烧结和放电等离子烧结等在烧结速度、温度均匀性等方面展示出巨大的优势,为陶瓷基复合材料的制备提供了新的选择.为了进一步提升SiCf/SiC复合材料的性能,近年的研究工作主要集中在对SiCf/SiC复合材料的制备方法的优化、纤维/基体界面层的创新和对烧结技术的选择等方面.本文从这些方面对SiCf/SiC复合材料的研究进展进行了详细的归纳和介绍.     

不同裂解升温速率制备的Cf/Si3N4复合材料性能研究

以聚硅氮烷为先驱体，研究先驱体转化过程中不同裂解升温速率对制备3D-BCf/Si3N4复合材料性能的影响。结果表明：随着裂解升温速率的提高，陶瓷基复合材料的力学性能明显提高，以10℃/min裂解升温速率制得的陶瓷基复合材料的弯曲强度达604MPa。     

Si-O-C界面对C/Si-C-N复合材料性能的影响

采用CVI工艺制备基体、PIP方法制备界面,成功制备出了具有Si-O-C界面层的碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料(C/Si-O-C/Si-C-N),研究了Si-O-C界面层对C/Si-C-N复合材料力学性能、抗氧化性能和热膨胀性能的影响。结果表明,C/Si-C-N陶瓷基复合材料在采用Si-O-C界面层后,相对于采用热解碳界面的同类复合材料,其抗氧化性能明显提高,强度则基本相当,在实验温度区间内,平均热膨胀系数略有升高。     

SiCf/TC17复合材料界面剪切强度测试与有限元分析

界面强度对钛基复合材料的性能有重要影响。采用纤维顶出实验(push-outtest)对连续SiC纤维增强TC17复合材料的界面剪切强度进行了测试,采用SEM观察了样品的形貌。以纤维/基体完全分离后的摩擦力为出发点,采用有限元方法确定了复合材料成型过程中残余应力的产生温度,并计算了残余应力的分布,比较了顶出实验样品制备前后残余应力的变化情况及样品厚度、体积分数对残余应力分布的影响;采用内聚力模型(CZM)分析了界面的化学结合强度。结果表明:SiCf/TC17复合材料高温成型后的冷却过程中开始产生残余应力的温度为775℃;顶出实验样品制备后界面处生成了残余剪切应力,其大小和分布与样品的体积分数和厚度相关,界面处的残余剪切应力造成了界面剪切强度的测试结果与界面化学结合强度的差异;室温下SiCf/TC17复合材料的界面化学结合强度约为450MPa。     

Y5Si3C and Y3Si2C2: Theoretically predicted MAX phase like damage tolerant ceramics and promising interphase materials for SiCf/SiC composites

Researching for interphase materials that can protect SiC fibers from oxygen and water vapor attacks has become one of the most important issues for the applications of SiC_f/SiC composites in high-temperature combustion environment. However, such kinds of interphase materials are not available yet. Herein,we report theoretically predicted properties of two promising interphase materials Y_5Si_3 C and Y_3Si_2C_2.Although crystallizing in different structures, they share the common features of layered structure,anisotropic chemical bonding, anisotropic electrical and mechanical properties, and low shear deformation resistance. The bulk moduli for Y_5Si_3C and Y_3Si_2C_2 are 78 and 93 GPa, respectively; while their shear moduli are 52 and 50GPa, respectively. The maximum to minimum Young's modulus ratios are1.44 for Y_5Si_3C and 3.27 for Y_3Si_2C_2. Based on the low shear deformation resistance and low Pugh's ratios(G/B = 0.666 forY_5Si_3C and 0.537 for Y_3Si_2C_2; G: shear modulus; B: bulk modulus), they are predicted as damage tolerant and soft ceramics with predicted Vickers hardness of 9.6 and 6.9 GPa, respectively.The cleavage plane and possible slip systems are(000 l) and(0001)[1120] and(1010)[0001] forY_5Si_3C,and those for Y_3Si_2C_2 are {h00} and(010)[101]. Since the oxidation products are water-vapor resistant Y2 Si2 O7, Y2 SiO5 and/or Y_2 O_3 upon oxidation, and the volume expansions are ca 140% and ca 26% for Y_5Si_3C and Y_3Si_2C_2, they are expected to seal the interfacial cracks in SiC_f/SiC composites. The unique combination of easy cleavage, low shear deformation resistance, volume expansions upon oxidation, and the resistance of the oxidation products to water vapor attack warrant them promising as interphase materials of SiC_f/SiC composites for water-vapor laden environment applications.     

聚硅氧烷先驱体转化制备三维Cf/Si-O-C复合材料的研究

研究了含氢聚硅氧烷(PSO)与二乙烯基苯(DVB)的交联与裂解。结果表明:只有在氯铂酸的催化作用下,PSO与DVB才能完全交联。DVB/PSO质量比对陶瓷产率的影响较大,DVB/PSO＝0.5时陶瓷产率最高,达到76%。裂解产物中Si,C,O的含量分别为38.3wt%,34.3wt%,27.4wt%。以质量比为0.5的DVB/PSO体系为先驱体,采用先驱体转化法制备出三维C_f/Si-O-C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力学性能。第一次在1600℃,10MPa的条件下热压裂解5min,后续真空浸渍-常压裂解处理六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502MPa,23.7MPa·m 1/2。理想的界面结合状态是其具有高性能的主要原因。     

研磨溶液对改性石墨矿表面性质及微观结构的影响

使用行星式球磨机对石墨矿粉(G)进行湿法球磨改性,以硅烷偶联剂Si-69为改性剂,考察了球磨溶液对石墨矿粉微观结构和表面性质的影响,然后将改性石墨矿粉填充到丁苯橡胶中,考察了改性石墨/丁苯胶复合材料的力学性能及微观结构.结果表明,球磨溶液不同,改性石墨矿粉的微观结构和表面性质有所不同.以异丙醇为球磨溶液的改性石墨矿粉(...     

C/C-SiC机织复合材料尺度参数对力学性能的影响

针对C/C-SiC纤维机织复合材料的特点,建立了C/C-SiC微结构有限元模型,并结合能量法研究了不同微结构关联参数对C/C-SiC机织复合材料宏观力学性能的影响。研究结果表明:本文中提出的C/C-SiC微结构有限元模型能够有效地反映C/C-SiC复合材料尺度关联参数对C/C-SiC力学性能的影响,纤维丝尺度的各个参数主要与C/C-SiC纤维束的力学性能相关联;纤维束尺度的各个参数主要与C/C-SiC宏观构件的整体性能相关联。     

Lithiation and delithiation of silicon oxycarbide single particles with a unique microstructure

Single particles (11 and 13 μm diameter) of a silicon oxycarbide (Si-O-C) glass were electrochemically analyzed using a microelectrode technique. A micromanipulator-guided nickel-plated rhodium-platinum microfilament (25 μm diameter, 13 wt % rhodium) was used to maintain electrical contact to a single Si-O-C glass particle in an organic solution containing 1 mol dm(-3) LiClO(4). The cyclic voltammograms of a single Si-O-C glass particle (11 μm diameter) featured a characteristic sharp peak at ca. 0.1 V vs Li/Li(+), along with a broad peak and a shoulder, in the anodic reaction. This result indicates that there are several electrochemically active sites for lithium storage in the single Si-O-C glass particle. The first lithiation and delithiation capacities of a single Si-O-C glass particle (13 μm diameter) were 1.67 nA h and 1.12 nA h, respectively, at 5 nA (4C rate) in the potential range 0.01-2.5 V vs Li/Li(+), leading to a Coulombic efficiency of 67%. These results are in good agreement with those observed in typical porous composite electrodes. The 13 μm diameter particle gives 75% of the full-delithiation capacity even at 100 nA (80C rate), demonstrating that its intrinsic delithiation rate capability is suitable for practical purposes. Assuming that the Tafel equation is applicable to the delithiation of the single Si-O-C glass particle, the charge-transfer resistance tended to increase as lithium was released.     

石英纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

采用DSC、TG、FTIR和流变仪对KH-370聚酰亚胺树脂的化学反应特性和流变性能进行了表征。以QWB200石英纤维为增强体,采用热压成型工艺制备了QWB200/KH-370复合材料。研究了加压温度、压力大小、固化温度等不同工艺参数对QWB200/KH-370复合材料力学性能的影响,在此基础上确定了复合材料的成型工艺制度。考察了QWB200/KH-370复合材料400℃高温下的力学强度及宽频范围内的介电性能。结果表明,制备QWB200/KH-370复合材料的最佳工艺参数为:加压温度290~310℃,压力范围3.0~4.0 MPa,固化温度380℃。所得QWB200/KH-370复合材料具有良好的力学性能,400℃下力学强度保持率高于58%,表现出良好的耐热性能;而且在1~18 GHz的宽频范围内具有稳定的介电常数和介电损耗。      

用废纸与木片制备复合包装材料的热压工艺研究

热压温度与热压时间是热压工艺的主要参数,是影响废纸－木材复合材料物理力学性能的重要因素.为了获得较好的热压工艺条件,以杨木刨花为原料,废纸为补充原料,异氰酸酯改性的脲醛树脂为胶黏剂,生产了废纸－木材复合材料,并测试了热压温度与热压时间对废纸－木材复合材料物理力学性能的影响.试验结果表明：随着热压时间的延长,废纸－木材复合材料的物理力学性能相应地提高;在140～170 ℃的热压温度范围内,升高热压温度有助于提高废纸－木材复合材料的物理力学性能.废纸－木材复合材料较适宜的热压工艺条件为：热压时间为每mm板厚30 s,热压温度为170 ℃.