Cr-Si复合涂层C/SiC复合材料的显微结构与性能

对SiC/Cr-Si复合涂层C／SiC复合材料的结构和抗氧化性能进行了研究,并与SiCi涂层C／SiC复合材料的结构和性能进行了对比。前者在1000－1500℃内表现出较好的抗氧化性能,这是由于SiC涂层表面的缺陷被Cr-Si涂层填充。由于涂层之间的热膨胀系数相关较大,复合涂层C／SiC复合材料在500－700℃内的抗氧化性较差。     

C／C复合材料的显微结构及其与工艺、性能的关系

对化学气相渗透（CVI）C／C复合材料在偏振光下的显微结构（偏光显微结构）类型、结构的形貌特征及对应炭的基本物理性能、材料的制备工艺参数－结构－性能之间的关系进行了综述。C／C复合材料具有三种基本偏光显微结构,即RL、SL和ISO。这三种基本偏光结构的炭对应于不同的形貌特征,可从消光十字形、旋光性、光学反射性、生长特征、表面织构、择优取向性和环形裂纹等特征将其分辨出来。工艺参数对沉积炭偏光显微结构的影响没有一成不变的规律可循,影响因素除了温度、压力、气体成分、气体流速外,还与炉子的几何尺寸及试样的堆积尺寸有关,对不同的CVI体系,都应当摸索出一套适合其运行的最佳工艺参数。C／C复合材料的偏光显微结构与材料的性能有着密切的联系,不同的结构下,材料的物理性能、力学性能和热性能都表现出明显的差异。通过归纳与分析,获得了对C／C复合材料偏光显微结构全面、系统的认识,明确了它在C／C复合材料研究中的重要性,为制备具有单一、均匀偏光显微结构及所需性能的C／C复合材料指明了方向。     

三维针刺C/SiC复合材料显微结构演变分析

以三维针刺碳毡作为预制体,采用树脂浸渍-热解工艺制备C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渍法(Reactive melt infiltration,RMI)对C/C多孔体分别浸渗Si和Si-Mo合金制备C/SiC复合材料。首先研究了C/C多孔体制备过程中的显微结构演变。结果表明,浸渍过程中树脂主要填充在纤维束内小孔隙中,热解后裂纹增多,生成网格状C/C亚结构单元;高温热处理使C/C复合材料裂纹进一步扩展,石墨化度提高,束内闭气孔打开,从而为RMI渗Si提供通道。然后对C/C多孔体分别渗Si和Si-Mo合金所得材料的物相组成和显微结构进行对比分析。发现纯Si浸渗得到的复合材料残余Si较多,束内纤维受损严重;而浸渗Si-Mo合金可以减少残余Si含量,束内纤维受损轻微,仍保持着完整的C/C亚结构单元。     

C/C复合材料与LAS陶瓷连接的显微结构与性能

采用Y2O3-Al2O3-SiO2-TiO2(YAST)玻璃作为中间层,对SiC-MoSi2表面改性的C/C复合材料与Li2CO3-Al2O3-SiO2(LAS)陶瓷进行热压连接,所施压力为20MPa,保温时间为30min,连接温度分别为1150℃,1200℃,1250℃,1300℃。利用SEM,EDS和BEI(背散射电子像)对SiC-MoSi2涂层,连接界面的形貌和断口进行了分析,研究结果表明,SiC-MoSi2涂层与基体结合紧密,Si、C元素在界面处呈梯度状分布,形成厚度约为15μm的过渡层。YAST玻璃与基体润湿良好,接头的剪切强度可达26.21MPa。     

二维编织C/SiC复合材料的热膨胀系数预测

根据二维编织 C/ SiC复合材料的细观结构及其制备工艺特点 , 提出了一种预测该材料面内热膨胀系数的单胞模型。模型充分考虑了编织结构复合材料中的纤维束弯曲和 CVI工艺制备陶瓷基复合材料产生的孔洞对热膨胀系数的影响。利用单胞模型预测了二维编织 C/ SiC的结构参数、 纤维体积含量、 孔洞含量对复合材料热膨胀系数的影响规律 , 结果表明 : 随着纤维束扭结处产生间隙与纱线宽度比值的增大 , 热膨胀系数增大 ; 当其它参数不变时 , 随着纤维体积含量的增大 , 热膨胀系数反而下降; 随着孔洞含量的增加 , 热膨胀系数也出现了下降的趋势。利用 DIL402C热膨胀仪测试了二维编织 C/ SiC复合材料纵向热膨胀系数 , 试验结果与模型预测结果吻合较好。     

高性能C／SiC复合材料的快速制备

研究开发了“CVI+PIP”组合工艺,本着“低成本、短研制周期,适合批量化生产”的目的,研制的C/SiC复合材料弯曲强度高达561MPa,断裂韧性高达17MPa     

CVI-PIP工艺制备C/SiC复合材料及其显微结构研究

采用化学气相渗透(CVI)与先驱体浸渍裂解(PIP)两种工艺方法联用制备C/SiC陶瓷基复合材料,通过与单纯PIP工艺的致密化效率比较,复合材料的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析,结果表明:采用CVI-PIP联用的方法制备C/SiC复合材料,致密化程度有明显的提高.CVI沉积SiC基体结晶性较好,为典型的β-SiC晶体结构;而PIP先驱体聚碳硅烷裂解基体为无定型结构,基体结构差异是决定材料结构与性能的关键因素.     

Ti对C—B4C—SiC复合材料显微结构与性能的影响

本文就烧结助剂Ｔｉ对Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ碳／陶复合材料显微结构与性能的影响进行了研究，Ｘ射线衍射表明Ｔｉ在烧结温度下与Ｂ发生反应在晶界生成ＴｉＢ２，并产生液相，有效地促进了Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ复合材料的烧结，抑制了晶粒的长大，使复合材料密度与强度大幅度地增加，电阻率下降，同时ＴｉＢ２的氧化时生成致密的ＴｉＯ２，包裹子易氧化的Ｂ４Ｃ和Ｃ，使制品难氧化，从而大大提高了制品的抗氧化性能。     

Ti对C－B_4C－SiC复合材料显微结构与性能的影响

本文就烧结助剂Ｔｉ对Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ碳／陶复合材料显微结构与性能的影响进行了研究，Ｘ射线衍射表明Ｔｉ在烧结温度下与Ｂ发生反应在晶界生成ＴｉＢ２，并产生液相，有效地促进了Ｃ－Ｂ４Ｃ－ＳｉＣ复合材料的烧结，抑制了晶粒的长大，使复合材料密度与强度大幅度地增加，电阻率下降；同时ＴｉＢ２在氧化时生成致密的ＴｉＯ２，包裹了易氧化的Ｂ４Ｃ和Ｃ，使制品难氧化，从而大大提高了制品的抗氧化性能．     

二维编织C/SiC陶瓷基复合材料的热传导系数预测

根据二维编织C/SiC复合材料的细观结构及其制备工艺特点,提出了一种预测该材料热传导系数的单胞模型。模型简化了编织结构纱线的实际构型,充分考虑了编织结构复合材料由于化学气相渗透(CVI)工艺制备陶瓷基复合材料产生的孔洞对热传导系数的影响。利用单胞模型预测了二维编织C/SiC的结构参数、纤维体积含量、孔洞体积含量对复合材料热传导系数的影响规律。结果表明: 随着纤维束扭结处产生间隙与纱线宽度比值的增大,热传导系数减小;当其它参数不变时,热传导系数随着纤维体积含量和孔洞体积含量的增加而下降。利用Hot Disk热测量仪采用瞬变平面热源法测试了二维编织C/SiC复合材料面内的热传导系数,试验结果与模型预测结果吻合较好。     

CVI结合浆料浸渍法制备2D C/SiC复合材料的微观结构和力学性能

采用CVI结合浆料浸渍工艺制备2D C/SiC复合材料。研究了SiC微粉对复合材料微结构和力学性能的影响。结果表明,当碳纤维预制沉积SiC80h后,微粉主要渗入到纤维束间。复合材料的力学强度随着渗微粉前CVI时间的增加及渗入浆料浓度的降低而增加。微粉的渗入大大降低了材料的层间剪切强度,而对材料的拉伸强度影响较小。     

C/SiC复合材料的常压制备与性能研究

采用聚碳硅烷作为碳化硅先驱体, 以二维0°/90°正交编织碳布叠层后作为增强体, 采用真空压力浸渍的方法制备了C/SiC复合材料, 研究了裂解温度和浆料浓度对复合材料性能的影响. 结果表明: 复合材料的弯曲强度随着裂解温度的升高以及浆料浓度的增加都呈增加趋势; 基体在纤维束内部分布均匀, 但依然有一些小气孔存在; 在1100℃时, 基体中开始生成一定量的β-SiC相, 复合材料的三点弯曲强度达到232MPa, 断裂韧性达到10.50MPa·m^1/2. 在断裂过程中表现出明显的韧性断裂, 断口有较长的纤维拔出.     

二维碳/碳化硅复合材料与铌合金的连接

实现了二维C/SiC与Nb合金NbHf10-1M的可靠连接. 连接时将Ti-Cu核心中间层与Cu辅助中间层构成的叠层结构置于C/SiC与Nb合金之间, 并采用了固相扩散连接与瞬间液相扩散连接(Transient liquid phase-diffusion bonding, TLP-DB)相结合的连接方法. 结果表明: 辅助中间层厚度>0.72mm时, 可以有效缓解接头热应力. 核心中间层在TLP-DB过程中形成的液相对C/SiC具有良好浸润性, 可渗入C/SiC基体, 并包裹位于核心中间层与C/SiC界面区域的C纤维. 接头剪切强度最高为14.1MPa.     

内部硅化法制备低成本C/SiC复合材料

采用内部硅化法制备了低成本C/SiC复合材料,通过三点弯曲法表征了复合材料的强度,采用X射线衍射(XRD)分析了基体组成,通过扫描电镜(SEM)研究了纤维/基体界面和复合材料断裂面的微观结构.结果表明,纤维表面沉积CVD-SiC保护涂层能够有效保护碳纤维不被硅侵蚀,调整硅粉和酚醛树脂配比使C∶Si摩尔比等于10∶ 9,可消除SiC基体中的残余自由硅.研制的低成本2D C/SiC复合材料的弯曲强度和剪切强度分别达到247MPa与13.6MPa.2D C/SiC复合材料的断裂行为呈现韧性破坏模式,在断裂面存在大量的拔出纤维,复合材料的断裂韧性(KIC)达到12.1MPa·m1/2.     

反应熔体渗透C/SiC复合材料的摩擦性能

以不同结构类型及密度的C/C复合材料为预制体,采用反应熔体渗透法制备了C/SiC复合材料,研究了不同结构C/SiC复合材料的密度、组分含量、热扩散系数与摩擦性能相互之间的关系.结果表明随着碳含量的降低,复合材料的密度增加;短切纤维C/SiC、低密度针刺C/SiC与高密度针刺C/SiC复合材料的平均摩擦系数分别为:0.28,0.28与0.42;随着热扩散系数的增加,复合材料的摩擦稳定性系数升高;并且对于短切纤维C/SiC,摩擦实验后基本形成了连续光亮的摩擦面.     

Design,Fabrication, and Application of Thermostructural Composites (TSC) like C/C,C/SiC,and SiC/SiC Composites

The French company Snecma Moteurs is a leading producer of high‐performance composites for operation under high mechanical stress and at high temperature, such as in jet engines, aircraft brake disks, or even rocket propulsion systems. The author presents the different families and generations of carbon‐carbon and ceramic‐matrix composites developed by Snecma, and discusses their manufacture and characteristics.     

C/C坯体密度对2D C_f/SiC复合材料结构和性能的影响

通过理论计算,探究C_f/SiC复合材料密度与C/C坯体密度的相关性;而后采用碳纤维布叠层制作2D C/C坯体,经先驱体浸渍裂解工艺增密,制得密度分别为0.98、1.06、1.12g/cm~3的C/C坯体,通过液相渗硅法反应合成2DC_f/SiC复合材料,探究C/C坯体密度对其结构和性能的影响。与理论计算结果来对比。研究结果表明:试验结果与理论数学计算结果基本一致。随着C/C坯体密度的增加,C_f/SiC复合材料的密度出现先上升后下降的趋势,当C/C坯体密度大于0.98g/cm~3后,复合材料的弯曲强度随着C/C坯体密度的增加而降低,C/C坯体密度为0.98g/cm~3时,2DC_f/SiC复合材料结构和性能较优。     

烧结温度对Cf/SiC复合材料结构及性能的影响

以碳纤维为增强体, 热压烧结制备了C_f/SiC复合材料, 研究了烧结温度对C_f/SiC复合材料密度、结构及性能的影响. 研究发现: 提高烧结温度能够促进C_f/SiC复合材料的致密度; 当烧结温度低于1850℃时, 升高烧结温度, 复合材料的强度和断裂韧性也随之提高. 当烧结温度为1850℃时, 复合材料的性能最优, 弯曲强度达500.1MPa, 断裂韧性为16.9MPa·m ^1/2. 当烧结温度达到1880℃时, 复合材料性能反而下降.