C/C-SiC-ZrC复合材料抗氧化烧蚀性能研究

采用化学气相渗透(CVI-C)和液相浸渍裂解(PIP-SiC、PIP-ZrC)工艺制备了2.5D C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料。通过液氧煤油超音速火焰对蘑菇头驻点试验件进行烧蚀试验,并采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对材料的微观形貌及抗氧化烧蚀机理进行了初步探讨。结果表明,C/C-ZrC-SiC复合材料基体中SiC:ZrC质量比约为4:6,在2200K~2400K液氧煤油超音速火焰烧蚀试验环境下具有良好的抗烧蚀性能,100s蘑菇头驻点线烧蚀率仅为0.0054mm/s。研究发现,C/C-ZrC-SiC复合材料中合适的SiC和ZrC基体配比,高温氧化烧蚀过程中,材料表面形成了以ZrO_(2)颗粒为骨架的连续致密粘稠熔融层,有效封填材料表面的裂纹、孔洞,降低氧化性气氛向材料内部扩散的速率,对材料形成了较好的保护。     

C/C-ZrB2-ZrC-SiC超高温复相陶瓷基复合材料的性能

以聚合有机锆烷、聚合有机硼氮锆烷与聚碳硅烷组成的共溶前驱体为原料,采用化学气相渗透和聚合物浸渍裂解工艺制备了C/C-ZrB2-ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料,对其物相组成、微观结构、力学性能和抗烧蚀性能进行了研究. 结果表明,所制材料基体由ZrB2和ZrC纳米颗粒均匀弥散分布于连续的SiC相中构成. 随热解炭含量增加,材料的弯曲强度和断裂韧性皆呈先上升再下降的趋势,其含量为22.3%(j)的材料的力学性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别为127.9 MPa和6.23 MPa×m1/2,且具有假塑性断裂特性. 材料在1800~2200℃等离子弧中1000 s的线烧蚀率小于1.67 mm/s,质量烧蚀率小于1.66 mg/s.     

C/C-Cu复合材料微观结构及高温耐烧蚀性能研究

为提高C/C复合材料的高温耐烧蚀性能,采用化学气相沉积与高温渗铜工艺制备了密度为2.01 g/cm3的C/C-Cu复合材料.采用高温氧乙炔焰考察了复合材料的高温耐烧蚀性能,并利用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)对复合材料烧蚀前后的物相与微观结构进行了表征.结果表明:经20 s的氧乙炔焰烧蚀后,复合材料的...     

原位生长SiC纳米纤维及其对C/C-ZrC复合材料耐烧蚀性能的影响北大核心

采用化学气相反应法在C/C复合材料上原位生长SiC纳米纤维,然后通过高温熔渗反应制备C/C-SiC-ZrC复合材料。通过XRD、SEM、等离子体烧蚀设备分别对其结构、形貌和耐烧蚀性能等进行分析研究。结果表明:C/C复合材料表面生长的SiC纳米纤维直径介于100 nm与1μm之间,最佳反应温度在1500℃左右。等离子体枪烧蚀30 s后,C/C-ZrC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为-0.32 mg/s和2.57μm/s;而C/C-SiC-ZrC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为-0.24 mg/s和1.66μm/s,生长了SiC纳米纤维的C/C-ZrC复合材料展示了更优异的耐烧蚀性能。     

SiC改性C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

采用超声波震荡法将SiC微粉添加到二维针刺碳毡预制体中,利用热梯度化学气相浸渗工艺沉积热解碳制备了SiC改性碳纤维增强碳基(carbon fiber reinforced catbon,C/C)复合材料.借助x射线衍射与扫描电子显微镜检测和观察材料的微观结构,利用氧-乙炔烧蚀实验测试材料的抗烧蚀性能.结果表明:SiC微...     

基于等离子火炬的C/C复合材料烧蚀实验及理论研究

基于等离子火炬进行了C/C复合材料烧蚀实验,获得了材料的烧蚀表面形态及烧蚀产物光谱,确定了等离子火炬务件下的典型烧蚀产物.同时基于JANAF数据,通过最小能量法计算了等离子火炬低压高焓状态的热化学烧蚀产物,与光谱检测结果基本一致.     

化学气相渗透法制备三维针刺C/SiC复合材料的烧蚀性能

用化学气相渗透法制备了三维针刺碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,复合材料的平均密度为2.15 g/cm3,气孔率为16.0%.用氧乙炔焰研究了复合材料的烧蚀性能,用扫描电镜分析了烧蚀表面的形貌,用表面能谱分析了烧蚀产物的成分.复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.03mm/s和0.004 7 g/s.在烧蚀中心区,烧蚀最严重,表层只有C纤维骨架,且C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以升华和冲刷为主.在烧蚀过渡区,垂直于烧蚀面的C纤维表现出端部锐化、根部细化的特性,平行于烧蚀面的C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以氧化和机械剥蚀为主.烧蚀边缘烧蚀不明显,烧蚀产物和SiC基体熔融后覆盖在烧蚀表面,阻碍了复合材料的进一步烧蚀,复合材料的烧蚀以氧化为主.     

有机前驱体中添加ZrB2和SiC微粉制备Cf/SiC-ZrB2复合材料

通过在有机前驱体溶液中加入惰性填料ZrB_2和SiC微粉,制备了C_f/SiC-ZrB_2复合材料。分别研究了三组不同含量的料浆对复合材料浸渍裂解效果的影响,并借助扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对制备的Cf/SiC-ZrB2复合材料的微观结构和元素组成进行了分析。研究表明:在有机前驱体溶液中添加无机粉体浸渍复合材料能够起到缩短制备周期、提高材料强度的目的。当加入惰性填料的质量分数为15%时,能够在8个制备周期内将复合材料的密度快速提升到2.0g?cm~(-3),而且制备的材料内部结构致密,力学性能优异。     

炭基体结构状态对C/C复合材料抗烧蚀性能的影响

碳基体在C／C复合材料的组成中占有很大的比重，因此炭基体不同的结构状态往往对C／C复合材料的各项性能有显著的影响。本文利用不同的原料和加工工艺制备出了三种具有不同炭基体的C／C复合材料，这三种碳基体分别是热解炭，沥青炭以及解热炭－树脂炭混合炭基体。对这三种材料多项性能的测试结果表明，炭基体的结构状态如石墨化度，炭片层结构的取向度的不同对C／C复合材料的各项性能均有显著的影响；基本趋势是C／C材料的石墨化度越高，材料的导电性能，导热性能以及抗烧蚀性能越好，压缩强度越低。三种炭基体中沥青炭基体沿纤维轴向的取向度最低，其抗烧蚀性能最差。     

C/C复合材料ZrB2-SiC涂层的微观结构及烧蚀性能研究

采用包埋法在密度为1.63g/cm~3的C/C复合材料上制备了不同ZrB_2含量的ZrB_2-SiC复相陶瓷涂层,考察了不同配比包埋粉料对涂层微观结构和抗烧蚀性能的影响。结果表明,当包埋粉料中ZrB_2质量分数为50%时,涂层ZrB_2含量最多,氧乙炔烧蚀60s时,其线烧蚀率、质量烧蚀率最低,分别为5.3×10~(-4) mm/s和2.1×10~(-3)g/s;在烧蚀过程中,SiC氧化产物SiO_2发生了相变,形成玻璃态,吸收大量热量。玻璃态的SiO_2相包裹着ZrO_2相,使得在烧蚀过程中,有效降低了烧蚀火焰冲击对ZrO_2造成的损失,ZrO_2导热系数低,是一种优异的热障材料,从而降低了复合材料烧蚀率。     

C/C复合材料改性技术研究进展

综述了国内外最近C/C复合材料基体改性与涂层改性技术研究进展.并对未来的进一步研究进行展望.     

C/C复合材料用浸渍剂沥青的改性进展

作为C/C复合材料浸渍剂之一的沥青，因具备价格便宜、流动性好、易石墨化等优点被广泛应用，但其低残炭率及炭化、卸压时的反渗问题严重阻碍了低成本C/C复合材料制备的进程。因此，通过改性浸渍剂沥青来制备低成本C/C复合材料是发展的必然方向。本文综述了浸渍剂沥青中喹啉不溶物和甲苯不溶物的含量对其浸渍效果的影响，并总结了物理调配、热处理、化学改性和沥青树脂共混等方法对C/C复合材料用浸渍剂沥青的改性。     

基体改性对SiC/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响

采用先驱体浸渍-裂解工艺结合三种基体改性方式制备了SiC/SiC复合材料,通过形貌分析和力学性能测试,分析了基体改性对Si C/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响。研究表明,经1200℃静态空气氧化100h后,三种基体改性的复合材料弯曲强度几乎没有下降,氧化200h后,弯曲强度保留率均可达到80%;氧化300h后,复合材料内部结构没有氧化现象,表面区域界面层的氧化程度降低。改性基体中的B元素氧化生成液相封填SiC涂层表面,延缓了SiC涂层的氧化进程,并阻止氧化介质进入复合材料内部,保护纤维和界面层,从而使SiC/SiC复合材料的长时静态高温抗氧化性能明显提高。     

变密度预制体C/C复合材料压缩性能的研究

采用平均密度不同的预制体制备变密度预制体C/C复合材料,并对应制备了常用的恒密度预制体C/C复合材料.研究了不同结构和不同平均密度的预制体对C/C复合材料压缩性能的影响.实验结果表明,变密度预制体C/C复合材料的压缩强度远远大于相同平均预制体密度的恒密度预制体C/C复合材料,并且随预制体平均密度的增大呈先增大后下降的趋势.由于预制体内部纤维含量的不同分布状态,变密度预制体C/C复合材料的压缩破坏同时呈现出压溃和剪切破坏模式.     

裂解升温速率对C／C—SiC复合材料性能的影响研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了C/C-SiC复合材料,研究了先驱体转化过程中不同裂解升温速率对材料力学和抗氧化性能的影响。结果表明:以较低的裂解升温速率制备的C/C-SiC复合材料的力学和抗氧化性能较好。采用20℃/h裂解升温速率制得的C/C-SiC复合材料的弯曲强度达278 MPa,在1400℃氧化2 h后,失重率为3.1%。     

SPEEK改性CF/PEEK复合材料界面性能研究

本文采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)通过溶液上浆法对碳纤维(CF)进行上浆,并对不同浓度上浆剂改性脱浆T300单丝表面形貌,SPEEK上浆后CF的热稳定性及上浆前后CF/PEEK复合材料的界面性能进行了表征。通过扫描电镜(SEM)观察不同浓度上浆剂改性脱浆T300单丝的SEM表面形貌,得到最佳上浆剂浓度;采用傅里叶红外光谱(FTIR)分析确定SPEEK上浆剂成功附着在CF表面;采用热失重分析(TGA)研究了SPEEK上浆后CF的热稳定性,确定其在CF/PEEK复合材料的成型温度下稳定不分解;采用微脱粘试验研究上浆前后CF/PEEK复合材料的界面剪切强度。结果表明,制得的磺化PEEK上浆剂的最佳浓度为0.07g/L;同时,SPEEK上浆后CF具有良好的热稳定性并且SPEEK上浆可以有效提高CF/PEEK的界面性能。     

C/SiC复合材料轻型反射镜光学改性涂层技术研究进展

轻型反射镜在空间光学系统中发挥着非常关键的作用,现在已发展到第四代C/SiC复合材料.C/SiC反射镜通常采用坯体+涂层的结构形式来满足轻量化和高分辨率的双重要求.因此,在反射镜制备过程中,涂层制备技术已成为制备反射镜材料的关键技术之一.目前涂层制备技术主要有CVD-SiC涂层技术、浆料预涂层Si/SiC涂层技术等.文章介绍了第四代C/SiC反射镜光学改性涂层的设计、制备,并介绍了近些年国内外的研究进展.     

针刺+缝合预制体C/C复合材料的制备及性能研究

以无纬布/碳纤维网胎为原料,采用针刺+接力缝合的工艺流程制备预制增强体,并经化学气相渗透(CVI)联合沥青浸渍/高压碳化(HPIC)方法得到新型厚壁C/C复合材料。对该材料进行了力学和热物理性能测试,并观测其微观断口形貌。结果表明:此预制体制备方法能够突破传统缝合材料在厚度方向上的尺寸限制,工艺过程简便,不易变形且利于致密。所得C/C材料厚度方向的纤维密度较高,具有优异的机械和良好的热物理性能,能够满足固体火箭发动机等极端环境下的应用需求。     

电泳沉积时间对SiC_f/SiC复合材料性能的影响

针对电泳沉积结合先驱体浸渍裂解的方法制备SiC_f/SiC复合材料过程,探讨沉积时间对SiC纤维及SiC_f/SiC复合材料性能的影响规律。实验结果得出:随电泳沉积时间的延长,SiC纤维逐渐被腐蚀,致使其单丝强度下降;而在SiC纤维表面覆盖PyC涂层可以有效地保护SiC纤维,由于悬浮液中的通电作用,Py C涂层与SiC纤维的界面结合强度略有降低,纤维单丝强度随电泳时间的延长先增大后减小。5 min的电泳沉积结合9个周期的PIP得到了SiC_f/SiC复合材料最大的弯曲强度为731 MPa,随后其力学性能随着沉积时间的延长先降低后略微回升;SiC_f/SiC复合材料的热导率随沉积时间的延长先增大后减小,10 min电泳沉积得到了常温下SiC_f/SiC复合材料的最大热导率为4.658 W/(m·K)(25℃)。