SiCf/Al复合材料的界面性能及机制

通过对SiC纤维表面富C，富SiO2和双涂层处理的SiCf/Al复合材料试样的不同热压制备工艺研究，发现热压温度和压力均对纤维表面改性后的界面性能有相当大的影响，温度和压力的提高改善了富SiO2处理试样的界面性能，却使富C和双涂层处理试样的界面性能蜕化，研究了产生这种影响的机制。     

Kinetics and Mechanism of Interfacial Reaction in a SiCf／Ti Composite

In order to evaluate the interracial reaction, a SiCf/Ti (TA1) composite was fabricated by a vacuum hot pressingmethod and then heat-treated in vacuum at 800℃ for up to 100 h. The elemental distributions of C, Si and Ti at the interracial reaction zone were investigated. It was found that the reaction zone occurs during the fabrication process and continuously grows at high temperature because the Si and C atoms diffuse from SiC fibers to the matrix and Ti atoms diffuse in the opposite direction. The growth of the reaction zone is diffusion controlled and the mechanism of the reaction can be described by a reactive diffusion model of solid-state growth of an AmBn layer between two elementary substances A and B.     

双涂层和梯度涂层改善SiCf/Al界面性能的微观机制

研究双涂层（RD）和梯度涂层（RG）处理改善SiCf/Al界面和复合材料性能的微观机制。发现RD试样中纤维外涂层氮化硼（BN）阻档了Al向界面内层C的扩散，从而阻止Al,C脆性相的生成，同样RG试样中C，Si梯度分布阻碍Al,C脆性相的形成，故这二种涂层处理均较单C涂层较好地改善了界面和复合材料性能。     

NITE工艺制备SiCf/SiC复合材料的研究进展

NITE(nano-infiltration and transient eutectic)工艺作为一种制备碳化硅纤维增强碳化硅基(SiCf/SiC)复合材料的新方法,具备周期短、工艺简单、生产成本低等优点,制备出的复合材料基体致密、孔隙率低、不含残余硅,适用于1400℃及以上高温长时服役环境应用。目前,日本、美国等国家基于其成熟的第三代碳化硅纤维,对该技术开展了较为深入的研究,并在核能工业热交换器、航空发动机燃烧室衬套等领域进行了应用验证。本文针对NITE工艺从基本概念、工艺流程、制备的SiCf/SiC复合材料和构件考核验证及前景展望四方面进行综合阐述,以期为国内该工艺的发展及应用提供一定程度的参考。     

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.     

Effects of Nitridation on Properties of SiC Fiber and Interface of Ti Matrix Composite

Prenitridation of the TiBx coating surface of the Sigma SM1240 SiC fiber can from more stable compounds at the surface and obstruct the release of boron atoms into the Ti-based alloy matrix.The effect of nitridation on the tensile strength of the fiber was investigated in this work.Nitridation could degrade the tensile strength of the SiC if the treating temperature and time are not optimized.The chemical reaction between the W core and SiC and the modification of fiber microstructure during the nitridation are respornsible for the degradation in strength.The strength can be maintained by further optimization of the treating temperature and time.Therefore stabilizing the surface of TiBx coating and hence the interface of the SiCf/Ti composite by the nitridation of the SiC fiber is a feasible technique for practical application.     

等离子喷涂HA/Ti复合涂层研究 Ⅱ.生物学性能

对等离子喷涂ＨＡ／Ｔｉ复合涂层进行模拟体液和体外细胞试验,以考察涂层的生物学性能。结果指出,涂层经模拟体液浸泡后,表面覆盖一层碳酸磷灰石（ｃａｒｂｏｎａｔｅ－ａｐａｔｉｔｅ）,这表明涂层具有良好的生物活性,粗糙的涂层表面易于形成碳酸磷灰石,,模拟体液的浓度太小或ｐＨ值太大,均会导致碳酸磷灰石层不能在涂层表面形成,体外细胞试验显示,成骨细胞能在涂层表面紧密贴壁并正常生长,显示涂层具有优良的生物相容性     

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。     

等离子喷涂HA/Ti复合涂层研究 I.结构、组成和力学性能

采用等离子喷涂方法,在Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ基体上成功地制备了ＨＡ／Ｔｉ复合涂层,并对复合涂层的微观结构,相组成和力学性能进行了研究。结果表明,ＨＡ和Ｔｉ两相均匀地分布于复合涂层中。ＨＡ／Ｔｉ复合涂层的结合强度明显高于纯ＨＡ涂层,这主要是由于ＨＡ／Ｔｉ的复合和了涂层与基体之间的热膨胀系数失配,ＨＡ／Ｔｉ复合涂层在模拟体液中浸泡一段时间后,结合强度没有明显降低,ＨＡ／Ｔｉ复合涂层的断裂韧性和硬度均高于Ｈ     

先驱体转化-热压烧结Cf/SiC复合材料的緻密化机理

本文采用先驱体裂解-热压烧结方法制备出了Cf/SiC复合材料,并重点研究了复合材料的致密化过程.结果表明,复合材料主要是通过液相烧结而得到致密化的.由于复合材料中聚碳硅烷(PCS)的裂解不仅有利于烧结液相的形成,而且形成了大量的纳米级SiC颗粒,因此,复合材料能够在较低烧结温度下得到较好的致密化,从而使复合材料具有较好的力学性能.     

PIP法制备Cf／SiC和SiCf／SiC复合材料的研究进展

先驱体浸渍-热解（PIP）法是制备连续纤维增强SiC基陶瓷的主要方法之一。介绍了PIP工艺的特点、对PIP工艺制备G／SiC和SiCJSiC复合材料的工作结果做了统计,概括了PIP工艺优化、填充剂、纤维预处理和表面涂层、低成本制造路线、陶瓷先驱体选择和合成方面的研究进展,分析了现有PIP工艺存在的问题,提出了在现有工艺水平上可以显著提高产品性能和产能的设备设施改进措施,包括建立高等级净化室和浸渍-固化-热解设备-体化。     

裂解碳涂层对碳纤维增强碳化硅复合材料力学性能的影响

采用先驱体裂解－热压烧结方法制备出Cf/SiC复合材料,探讨了裂解碳涂层和烧结温度对复合材料纤维／基体界面和力学性能影响,烧结温度为1800度时,由于其中由富碳界面相构成的纤维／基体界面相使纤维／基体界面结合适中,具有较好的力学性能。     

陶瓷添加物对Ti_3SiC_2基复合材料抗氧化性的影响

为研究陶瓷添加物对Ti3SiC2基复合材料性能的影响,首先,采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2材料及陶瓷添加物含量均为30wt%的SiC/Ti3SiC2、Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。然后,测试了材料的力学性能和导电性,在1 373~1 773K温度范围内对Ti3SiC2基复合材料的抗氧化性进行了研究,并对其烧结试样的物相组成和显微结构等进行了表征。结果表明:Ti3SiC2在高温氧化后的主要产物为TiO2和SiO2;氧化层分为内外2层,内层由TiO2与SiO2这2相混合组成,外层为TiO2;氧化层中存在大量显气孔,结构较为疏松,导致抗氧化性较差。与Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相比,SiC/Ti3SiC2复合材料具有更好的抗氧化性。     

制备工艺对热压烧结SiC/SiC复合材料结构与性能的影响

采用纳米SiC和亚微米SiC粉料作为基体形成原料,通过热压烧结技术制备了SiC/SiC 复合材料.研究了粉料颗粒、烧结温度、烧结压力对复合材料显微结构和各种性能的影响.结果显示,采用纳米碳化硅粉体可有效降低烧结温度,促进复合材料的致密化过程,在1780℃、20MPa条件下可获得性能优良的复合材料.而采用亚微米SiC粉体,复合材料的致密化过程需要较高的温度,但随着密度的增加,基体与纤维之间的作用力增强,不利于性能的提高.     

聚变堆用SiCf/SiC复合材料的研究进展

回顾了聚变堆用SiCf/SiC复合材料制备工艺的最新研究进展,介绍了SiCf/SiC复合材料的力学性能、抗辐照性能、气密性、热稳定性、化学相容性等方面的性能及其连接技术并进行了总结和展望.     

Properties of SiCf/SiC composites fabricated by slurry infiltration and hot pressing

Abstract

Two-dimensional SiC fibre reinforced SiC ceramic matrix composites (SiC_f/SiC) were fabricated by vacuum infiltration and hot pressing using a 200 nm thick pyrolytic carbon coated Tyranno SA3 fabric and 50 nm sized β-SiC powder. Hot pressing was carried out at 1750°C for 3 h in an Ar atmosphere under a pressure of 20 MPa. Al₂O₃–Y₂O₃–MgO sintering additive (10 wt-%) and polyvinyl butyral resin (45 wt-%) with respect to the matrix SiC were found to be the optimum contents for the high density composite. Vacuum infiltration with a force gradient produced much higher amount of slurry infiltration than simple dipping. Much improved density of 3·02 g cm^?3, compared to the previous reports, was achieved for the SiC–SiC_f containing approximately 67 vol.-% of fibre. This composite showed a step increase with a stress–displacement behaviour during the three-point bending test due to the fibre reinforcement. The displacement for failure and flexural strength were 0·58 mm and 342 MPa respectively, which were much larger than those for monolithic SiC.     

SiCf/SiC复合材料耐高温氟熔盐腐蚀性能研究

实验研究了熔渗(MI)工艺、浸渍-裂解(PIP)工艺和化学气相渗透(CVI)工艺制备SiC_f/SiC复合材料在800℃的氟熔盐(46.5mol% LiF-11.5mol% NaF-42.0mol% KF)中的腐蚀行为, 通过X射线衍射仪、扫描电镜以及能谱仪等表征手段, 对腐蚀前后样品的物相组成和微观结构进行了分析。实验结果表明, 不同工艺获得的SiC基体与高温氟熔盐的相容性与基体组成有关; MI-SiC中的游离Si相以及PIP-SiC和CVI-SiC中的富氧相是SiC基体中的两种腐蚀弱区, 易被熔盐选择性腐蚀; MI-SiC_f/SiC复合材料以纤维束间游离Si基体腐蚀为主, PIP-SiC_f/SiC复合材料基体腐蚀损伤集中在网络状富氧带, CVI-SiC_f/SiC复合材料的腐蚀损伤主要是沉积层间的含氧边界以及由此造成的基体层状剥离。与MI和PIP样品相比, CVI基体纯度高, 结晶度好, 表观腐蚀速率仅为0.0445 μg/(mm²·h), 具有更好的耐氟熔盐腐蚀性能。     

FCVI工艺制备SiCf/SiC复合材料结构与性能研究

采用热梯度强制流动化学气相渗积（FCVI）工艺制备SiCf/SiC复合材料，测试了复合材料的性能。制备的复合材料密度达到2.3g/cm3，强度为291 MPa，断裂韧性为11.4 MPa*m1/2。运用SEM，TEM，X射线衍射等分析手段对复合材料的微观结构进行了表征。结果表明：渗积的基体材料为β-SiC，晶粒尺寸为亚微米级，结晶度良好。通过对断口形貌的观察，分析了增韧机制。，SiCf/SiC composite was fabricated by forced flow thermal-gradient chemical vapor infiltration (FCVI). The density of composite is 2.3g/cm3.The flexural strength and fracture toughness of SiCf/SiC compsites were tested: the flexural strength is 291 MPa, the fracture toughness is 11.4 MPa*m1/2. The microscopy structure was characterized by SEM, TEM and X-ray diffraction. The results show that SiC matrix fabricated by FCVI is β-SiC, which has sub-micron grain size and good crystallinity.And the toughening mechanism was also investigated by morphology of the fractrue surface.