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.     

高温处理对不同浆料制备C/SiC复合材料的影响

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备的C/SiC复合材料为研究对象,考察了聚碳硅烷/二甲苯(PCS/Xylene)和聚碳硅烷/二甲苯/碳化硅粉(PCS/Xylene/SiC)两种浆料对C/SiC材料耐高温性能的影响.研究发现:在1600 ℃惰性气氛保护下高温处理1 h后,PCS/xylene/SiC制备的材料失重较大,达4.67%.弯曲强度在高温处理前后的保留率较高,高温处理后其强度达464.1 MPa,但模量下降明显.高温处理使C/SiC材料的增韧机制发生改变,PCS/Xylene中添加SiC改变了材料的界面结构.结果表明:两种不同的浸渍浆料对C/SiC材料的耐高温性能有着较明显的影响.     

Cf/SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,T300碳纤维和光威(GW)碳纤维为增强纤维,采用先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)分别制备了Cf/SiC复合材料.在相同工艺条件下,所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平,两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364 MPa和437 MPa.采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况,并分析了复合材料的结构和性能差异.     

LPVCS改性制备Cf/SiC复合材料及其耐高温性能

以液态聚碳硅烷(LPVCS)、聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用PIP工艺制备了连续碳纤维增强碳化硅(C_f/SiC)复合材料。LPVCS是一种新型先驱体,具有室温下为液态、浸渍效率高的优点,同时由LPVCS裂解得到的SiC基体具有能够与T300碳纤维形成合适界面力的优点。相比于全周期采用PCS浸渍制备的C_f/SiC复合材料,第一周期使用LPVCS浸渍,第二至八周期使用PCS浸渍,第八周期之后使用LPVCS浸渍制备的C_f/SiC复合材料具有更优异的力学性能,其三点弯曲强度由301MPa提高到442MPa,断裂韧性由11.2MPa.m_1/2提高到26.1MPa.m_1/2。力学性能提高的原因为两个方面,第一周期使用LPVCS浸渍得到了合适的界面结合强度,第八周期之后使用LPVCS浸渍提高了SiC基体的致密化程度。     

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。     

工艺对C/SiC复合材料结构与性能的影响

介绍一种化学气相渗透与先驱体浸渍裂解联用(CVI-PIP)的工艺制备碳毡增强SiC复合材料,采用SEM分析复合材料的显微结构,采用三点弯曲法测试复合材料的力学性能,结果显示在复合材料致密化过程早期,CVI工艺致密化效率明显高于PIP工艺;与完全采用PIP工艺制备C/SiC复合材料相比,采用CVI-PIP工艺可提高复合材料的致密化效率和致密化程度,复合材料残留孔隙率从18.86%下降到5.45%;相应的,C/SiC复合材料的抗弯强度与弹性模量分别从66.43 MPa和38.43 GPa增加到112.16 MPa和68.49 GPa;采用CVI-PIP联用工艺同时能够增加复合材料与其表面CVD涂层的结合性能.     

以新型先驱体浸渍裂解制备SiC/SiC复合材料弯曲性能研究

以一种新型先驱体LPVCS为原料、KD-1型SiC纤维作为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了SiC/SiC复合材料,并对其性能及微观形貌进行表征。实验结果表明,以LPVCS为先驱体、经过热模压辅助成型工艺处理的材料密度为2.11g/cm3,孔隙率为6.25%,而且材料制备周期大大缩短。采用CVD工艺在SiC纤维表面制备裂解碳涂层可有效降低裂解过程中高温对纤维造成的损伤,而且可改善纤维与基体界面的结合,使材料抗弯强度达619.4MPa,断裂韧性达29.1MPa·m1/2,较无涂层的纤维增强复合材料更高。     

SiC涂层工艺对三维碳纤维编织物抗氧化性的影响

采用先驱体浸渍裂解(PIP)法在碳纤维表面制备SiC涂层.研究了涂层制备工艺对编织体抗氧化性能的影响.结果表明,经质量分数为10%的聚碳硅烷(PCS)溶液循环浸渍裂解所得样品的抗氧化性能最佳.对SiC/碳纤维非等温条件下氧化反应的动力学研究结果表明,SiC涂层/碳纤维的非等温氧化过程呈现自催化特征.氧化机理为随机成核,动力学参数为1g A=15.223 min-1,E=157.15 kJ·mol-1.     

首周期工艺条件对先驱体转化制备Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期不同工艺条件对材料性能的影响.结果表明首周期1600℃真空裂解的Cf/SiC复合材料性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别达到497MPa和29.6 MPa·m1/2;首周期采用缓慢降温可以小幅度地提高Cf/SiC复合材料的力学性能.     

Cf／SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷（PCS）为先驱体，T300碳纤维和光威（GW）碳纤维为增强纤维，采用先驱体浸渍一裂解工艺（PIP）分别制备了Cf／SiC复合材料。在相同工艺条件下，所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平，两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364MPa和437MPa。采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况，并分析了复合材料的结构和性能差异。     

原位生长碳纳米管及其在SiC_f/SiC复合材料中的应用

采用碳纳米管改善纤维与基体间的界面结合,同时利用碳纳米管自身的优异性能对碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)进行二次增强。通过化学气相沉积工艺(CVD)在SiC纤维编织件内原位生长碳纳米管,优化碳纳米管原位生长过程中的碳源流量、反应温度和反应时间等工艺参数,对碳纳米管的原位生长工艺及机理进行系统分析,并结合先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备CNTs-SiCf/SiC复合材料,探讨原位生长碳纳米管的引入对复合材料力学性能的影响。结果表明,优化后的工艺参数如下:反应温度750℃,C2H2、H2和N2流量比1/1/3,C2H2流量100~150 mL/min,反应时间60 min;碳纳米管的引入使SiCf/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别提高了16.3%、90.4%和106.3%。     

利用束丝复合材料对PIP工艺制备2D-SiCf/SiC复合材料力学性能进行表征

为了找到一种能有效对陶瓷基复合材料先驱体浸渍裂解(PIP)工艺参数进行优化的方法,提出利用束丝复合材料对二维复合材料力学性能进行表征的方案.对5种PIP工艺条件制备的束丝以及二维SiCf/SiC复合材料在不同PIP工艺条件下力学性能变化规律进行了研究,并对采用束丝复合材料对二维复合材料力学性能表征的有效性进行了分析.研究表明,束丝复合材料和二维复合材料力学性能随PIP工艺的变化规律完全相同,这是因为两种复合材料界面、纤维损伤等特性基本相同.采用强度比对两种复合材料力学性能一致程度进行了表征,结果表明两者一致性较好,但随PIP工艺复杂程度的提高,两者一致性降低.利用束丝复合材料可以对二维复合材料力学性能进行较好的表征,可对二维等实体复合材料制备工艺进行初步优化,从而使材料工艺设计效率大为提高.     

纤维排布方式对KD-I/SiC复合材料性能的影响

采用国产KD-I型SiC纤维为增强体,通过先驱体转化工艺制备了SiC/SiC复合材料.研究了二维织物和针刺毡等纤维排布方式对复合材料显微结构和物理以及力学性能的影响.结果表明,与针刺毡增强SiC/SiC复合材料相比,2D SiC/SiC复合材料的纤维体积分数和密度较高、孔隙率低、所需制备时间短、成本低、面内性能好,但同时损失了Z向性能.在不同工况下应用的SiC/SiC复合材料应根据具体使用要求来选择纤维排布方式.     

PIP法制备陶瓷基复合材料构件的弯曲性能研究

采用先驱体转化工艺(PIP)制备三维炭纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(3D-Cf/SiC)构件。通过三点弯曲强度方法分析构件材料的弯曲性能及破坏规律。研究表明:采用三维炭纤维编织的陶瓷基复合材料构件,其复合材料基体的主要成分为β-SiC,材料具有较高的弯曲性能,可达511MPa,构件材料与采用同种PIP工艺制备的3D-Cf/SiC陶瓷基复合材料相比较,强度降低26.4%,这可能是由制备的构件其致密度较低以及后续加工等因素所致。3D-Cf/SiC陶瓷基复合材料在弯曲断裂过程,材料纤维与纤维束被大量拔出,表现出类似金属的较好假塑性断裂特征。     

SiC/SiC陶瓷基复合材料环境障涂层热冲击失效机理分析

环境障涂层（EBCs）是确保陶瓷基复合材料在航空发动机使用环境下可靠性与耐久性的关键因素。以聚合物浸渍热解（PIP）和化学气相渗透（CVI）工艺制备的SiC/SiC陶瓷基复合材料为基体,采用大气等离子喷涂（APS）在SiC/SiC复合材料表面制备EBCs,并分别在1200、1300℃进行热冲击试验。结果表明：PIP-SiC/SiC基体表面的EBCs在1200℃经历1425次热冲击出现了涂层剥落现象,而CVISiC/SiC基体表面的EBCs在1300℃经历2000次热冲击循环后,涂层表面依然完整,未见失效和剥落现象,这主要是由于基体的热导率差异造成的。     

Blast and tensile properties of tantalum/niobium lined SiC/SiC composite tubes for nuclear cladding

The mechanical performances such as tensile strength and blast property of metal lined SiC/SiC composite cladding tubes were investigated. Nb or Ta was selected as liner material, and the SiC/SiC composite layer was fabricated by winding and different precursor impregnation and pyrolysis (PIP) processes. The tensile strengths of different tube samples were measured at room temperature (RT) and 1200 °C, respectively. The blast property was investigated through the maximum water pressure of tubes. And the fracture microstructures were observed by SEM. The highest tensile strength at RT was 150.7 MPa. The blast strength was enhanced with the PIP process increasing from 1 to 4 cycles and the tube of 4 PIP cycles had the highest water pressure of 34.7 MPa. Compared with the metal tubes, the multi-layer structure improved tensile and blast properties significantly. The different processes such as PIP cycles and pyrolytic carbon (PyC) coating were important factors to enhance the mechanical performances of SiC/SiC-based tubes. However, the retention rate of tensile strength was only 18.5% at 1200 °C.     

热压反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料的工艺及性能研究

以二硼化锆、正硅酸乙酯、蔗糖为原料,采用溶胶-凝胶法制备ZrB2-SiC前躯体,然后利用热压反应烧结方法,在1800℃,30MPa压力,流动的Ar气氛条件下,制备出高致密的ZrB2-SiC复合材料。其最大相对密度达到99.6%。ZrB2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC含量的增加先增加后降低。当SiC含量为20%时,ZrB2-SiC复合材料断裂韧性最大达到5.1MPa·m1/2。ZrB2-SiC复合材料的最大弯曲强度为272MPa,比报道出的值要低,这可能与过大的ZrB2晶粒有关。但当SiC含量为30%时,由于出现大量气孔而使材料不致密,从而导致其力学性能下降。     

高温循环下SiC-C/SiBCN复合材料的力学性能研究

采用化学气相沉积(CVD)结合前驱体浸渍裂解(PIP)技术制备了SiC涂层的C/Si C和C/SiBCN复合材料,研究了高温循环氧化对2种复合材料弯曲性能的影响。结果表明,与SiC-C/SiC相比,SiC-C/SiBCN复合材料的平均室温抗弯曲强度约为605 MPa,增幅达到126.6%。在1000和1200℃循环3次后,Si C-C/SiBCN的剩余抗弯曲强度分别为417和342 MPa,强度保留率分别为68.9%和56.5%,显著优于SiC-C/Si C复合材料。与PIP SiC陶瓷基体相比,Si BCN基体的孔隙率更低,高温下SiBCN氧化后形成SiO_2和B_2O_3,可以更好地降低O_2的透过率,提高材料的抗氧化性能和强度保留率。     

Formation mechanism and oxidation behavior of MoSi2–SiC protective coating prepared by chemical vapor infiltration/reaction

In order to protect C/C composites from oxidation, SiC-MoSi₂ composite coating was synthesized by chemical vapor infiltration /reaction (CVI/CVR) technology. A porous Mo layer was prefabricated on SiC coated C/C composites, and then MoSi₂ and SiC were subsequently prepared in a CVI /CVR process using methyltrichlorosilane (MTS) as precursor. The deposition and reaction mechanism of the MoSi₂-SiC composite coating was investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The oxidation behavior of SiC-MoSi₂ coated specimens was tested. The results show that the porous Mo layer can be densified with SiC phase decomposed from MTS, and transformed into SiC-MoSi₂ by reacting with MTS as well. A dense composite coating was prepared with optimized deposition parameters. The coated specimen exhibits a good oxidation resistance with a little mass loss of 1.25% after oxidation at 1500 °C for 80 h.     

基体改性C／C—HfC—HfB2-SiC复合材料抗烧蚀性能研究

以碳化铪有机前驱体、硼化铪有机前驱体和聚碳硅烷混合溶液为浸渍剂,采用化学气相渗透（CVI）和液相浸渍-裂解（PIP）T艺制得了准3DC／C-HfC-HfB2-SiC碳陶复合材料。采用电弧风洞结合扫捕电子显微镜（SEM）和X射线衍射分析（XRD）对复合材料的结构及氧化失效行为进行了初步探讨。结果表明,高密度的基体改性C／C．HfC—HfB2-SiC复合材料具有良好的抗烧蚀性能,复合材料在2300K／600S电弧风洞（含水5％）试验条件下的质量烧蚀率和线烧蚀率分别仅为1．22×10^-6g／（cm^2·s）和1．33X10^-5mm／s。密度和温度对复合材料抗烧蚀性能影响较大,密度从2．63g／cm^3增加到3．75g／cm^3时,复合材料在2300K条件下的线烧蚀率降低了3个数量级,当温度从2300K升高的2400K时,高密度复合材料的线烧蚀率增加了约1000倍,烧蚀过程中较高密度的复合材料表面容易形成更为致密的氧化膜是其具有良好的抗氧性能的重要因素。