SiC纤维表面涂层的制备及其作用研究进展EI北大核心

SiC纤维作为陶瓷基复合材料(CMC)的常见增强体之一,具有较低的密度、较高的拉伸强度以及优良的耐高温和耐氧化性能。在SiC纤维表面制备涂层,不仅可提升纤维本身的力学性能、耐高温性能、抗氧化性能以及电磁功能特性,而且还可有效改善纤维与基体界面的结合性能,提高复合材料的断裂韧性与力学性能。本文首先对SiC纤维表面涂层的制备方法进行了综述,阐述了刻蚀法、沉积法、化学气相渗透法以及先驱体转化法等方法的基本过程及相关研究进展,并对比了不同制备方法的优缺点,然后综述了涂层对SiC纤维及其增强的复合材料的影响,最后对SiC纤维上制备涂层的发展趋势进行了总结归纳,可以采用实验研究与计算仿真相结合的手段来模拟SiC纤维涂层的真实服役环境,并可以通过制备热障复合涂层来提高纤维在极端服役条件下的使用性能。     

SiC纤维表面涂层的制备及其作用研究进展

SiC纤维作为陶瓷基复合材料(CMC)的常见增强体之一,具有较低的密度、较高的拉伸强度以及优良的耐高温和耐氧化性能。在SiC纤维表面制备涂层,不仅可提升纤维本身的力学性能、耐高温性能、抗氧化性能以及电磁功能特性,而且还可有效改善纤维与基体界面的结合性能,提高复合材料的断裂韧性与力学性能。本文首先对SiC纤维表面涂层的制备方法进行了综述,阐述了刻蚀法、沉积法、化学气相渗透法以及先驱体转化法等方法的基本过程及相关研究进展,并对比了不同制备方法的优缺点,然后综述了涂层对SiC纤维及其增强的复合材料的影响,最后对SiC纤维上制备涂层的发展趋势进行了总结归纳,可以采用实验研究与计算仿真相结合的手段来模拟SiC纤维涂层的真实服役环境,并可以通过制备热障复合涂层来提高纤维在极端服役条件下的使用性能。     

纤维表面涂层对SiC(f)/SiC复相陶瓷力学性能和界面结构的影响

报道了化学气相浸渍（CVI）工艺制备的SiC（f）/SiC复相陶瓷中纤维表面涂层对复合材料力学性能和显微结构的影响。SEM观察表明：C或B N表面涂层改变了SiC（f）/SiC复相陶瓷中纤维与基体间的强界面结合,使断裂过程中的界面解离和纤维拔出大大增加,与此同时材料的断裂韧性和断裂功明显提高。说明C或BN纤维表面涂层能够大大地改善SiC（f）/SiC复相陶瓷的脆性断裂行为模式。高分辨电镜的观察证实在CVI过程初期,纤维表面首先发生石墨界面相的沉积,该界面相具有明显的层状晶格条纹,而纤维表面C涂层为无定型态。     

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。     

CVD法SiC纤维的涂层研究

纤维表面涂层法是解决CVDSiC纤维增强复合材料界面问题的有效途径。从涂层选取原则、涂层分类和制备方法三方面对该技术进行了介绍,并对几种典型涂层进行了重点评述。最后,指出了目前该领域研究所存在的一些问题,也对今后的发展趋势进行了展望。     

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.     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响.结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC/C/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC/Ti-6Al-4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC/C/Ti-6Al-4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行.     

C涂层对SiC纤维增强Ti基复合材料界面行为的影响

采用透射电镜和扫描电镜研究了SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应,重点分析了C涂层对界面行为的影响。结果表明,C涂层可以明显改善纤维和基体之间的界面结合状况;SiC／C／Ti-6A1-4V复合材料的界面反应产物是主要为TiC,而无C涂层SiC／Ti-6A1—4V的界面反应产物为TiC,Ti5Si3和Ti3SiC2界面反应层生长受扩散控制,其厚度增长满足抛物线生长规律,SiC／C／Ti-6A1—4V由于C涂层消耗完毕前后的不同情况,其界面反应层生长并不完全符合这一规律,C涂层的存在可以有效的抑制界面反应的进行。     

CVD SiC致密表面涂层制备及表征

考察了沉积温度、稀释气体流量对化学气相沉积(CVD)SiC涂层的显微结构及晶体结构的影响,分析得出:沉积温度为1100℃,稀释气体Ar流量<400mL/min时,制备的SiC涂层晶体结构完整、致密.在该制备工艺条件下沉积的SiC涂层密度为3.204 g/cm3,显微硬度为HV 4459.2,弹性模量为471GPa,涂层具有优异的光学加工性能,光学加工后表面粗糙度为0.429nm,能满足光学应用的要求.     

SiC纤维表面C涂层的制备及介电性能研究

采用化学气相沉积(CVD)法,在SiC纤维表面沉积了100nm厚的C涂层,研究了制备温度对C涂层微观结构、单丝纤维体电导率及纤维编制体介电性能的影响.采用SEM和RAM显微技术(Raman microscopy)对C涂层的表面形貌和微观结构进行分析.结果表明:保持C涂层厚度一致,当沉积温度由800℃升到900℃后,C涂层的石墨化程度提高,晶粒变大,SiC纤维单丝体电导率由0.745Ω~(-1)·cm~(-1)升到6.289Ω~(-1)·cm~(-1);SiC纤维编制体的复介电常数实部由90升到132,介电损耗由0.95升到1.14,其中虚部由87升到150.实部增大与载流子浓度增大有关,虚部增大与材料漏导电有关.认为这是SiC纤维表面沉积的C层使纤维电导率增大所致.直流电导损耗足其主要损耗机制.     

强制脉冲 CVI沉积 C纤维表面涂层的工艺研究

以MTS／H2为前驱物，采用强制脉冲CVI（FP-CVI）方法，进行了在C纤维表面沉积SiC涂层的研究，并探讨了其工艺过程．结果表明，在1000-1100℃和（5-25）kPa，沉积得到的β—SiC具有明显的（111）面取向，涂层均匀一致，厚度可控．在实验过程中，随着单次驻留时间和脉冲次数的增加，涂层厚度也随之增加，涂层厚度与脉冲次数成非线性关系．当脉冲次数为300时，C纤维表面沉积SiC层后其质量增加达到36．18％．     

SiC纤维成键陶瓷材料研究进展EI

SiC纤维成键陶瓷(SiC fiber-bonded ceramics,FBCs)作为一种由SiC纤维热压烧结而得到的新型高温结构材料,具有低气孔率、高纤维体积分数的结构特点,以及耐高温、抗氧化、高强度等性能优势,是航空发动机涡轮叶片、转子等高温部件的极佳候选材料。本文系统论述了SiC纤维成键陶瓷的研究进展情况,介绍了两类成键陶瓷(Tyrannohex与SA-Tyrannohex)的结构特点与制备方法,讨论了成键陶瓷组成、结构与性能之间的相互关系,指出界面碳层对于成键陶瓷性能的发挥具有关键作用,着重介绍了SA-Tyrannohex型成键陶瓷的室温与高温力学性能,分析其具有优异高温性能的原因,总结SA-Tyrannohex考核验证与应用发展情况,指出目前成键陶瓷还存在复杂构件成型困难等问题,并展望了成键陶瓷未来需要进一步强韧化、加强动态服役考核等发展趋势与研究方向,最后提出开展SiC纤维成键陶瓷的研究对于我国耐高温部件新材料的研制具有重要意义。     

Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层研究进展EI北大核心

Cf/SiC复合材料因其低密度,高比强度,优异的抗热震、抗氧化和抗烧蚀性能以及高温强度保持率,被认为是高速飞行器的重要热防护材料之一。然而,由于碳纤维在500℃以上发生显著氧化导致材料逐渐失效,因此需对其进行有效的氧化防护。抗氧化涂层被认为是实现Cf/SiC复合材料长时氧化防护的有效手段。本文基于热防护系统对Cf/SiC复合材料抗氧化性能的苛刻要求,综述了现有Cf/SiC复合材料表面抗氧化涂层的研究进展,着重对抗氧化涂层制备技术及涂层体系进行了梳理。提升Cf/SiC复合材料抗氧化涂层使用温度(≥1800℃)及结合强度是当前需要重点解决的问题,制备更长服役时间、更高服役温度同时兼具抗氧化、抗水蒸气腐蚀乃至较好隔热性能的多功能涂层是未来发展的重要方向。     

SiC 晶须表面成分和涂层对抗氧化性的影响

用 XPS、BET 和 EPR 方法对五种 SiC 晶须的表面成分、比表面、Si 悬挂键进行了测定。用TG-DTA 方法研究了表面涂层和未涂层的 SiC 晶须的抗氧化性能。结果表明:SiC 晶须的抗氧化性主要取决于起始表面氧含量;在表面涂覆 Al_2O_3,SiO_2和 Mullite 后,SiC 晶须无论是表面抗氧化性和体积抗氧化性均得到显著改善。表面抗氧化性的改善是由于涂层使 SiC 表面 Si 悬挂键减少,而体积抗氧化性改善是由于涂层增加了氧扩散阻力。     

BN和BN/SiC涂层对SiC纤维单丝拉伸性能的影响及其失效行为

采用化学气相渗透(CVI)工艺在两种国产典型SiC纤维表面沉积了BN和BN/SiC涂层,并对涂层的成分进行分析。利用Weibull分布评价SiC纤维的单丝拉伸强度,研究了沉积涂层前后纤维的拉伸断裂失效行为。结果表明,合适厚度(15 nm)的富碳层能够弥合SiC纤维表面的缺陷,减少纤维从表面开始失效的可能。采用CVI工艺制备的涂层厚度均匀,成分稳定;沉积BN和BN/SiC涂层后,两种SiC纤维的拉伸强度和弹性模量下降。BN涂层亦可修复纤维的表面缺陷,使纤维强度分布趋于集中。与无涂层纤维不同的是,沉积涂层后纤维拉伸断裂失效源分别为BN和SiC涂层的表面缺陷。     

SiC纤维增强钛基复合材料的界面改性研究现状

针对SiC纤维增强Ti基复合材料的界面反应问题,综述了国内外涂层法界面改性的研究现状,主要包括各种单涂层法、双涂层或复合涂层法及其对复合材料界面和力学性能的影响,指出了其存在的问题或不足,并预测了今后的发展趋势。     

C/SiC陶瓷基复合材料表面Si/SiC涂层制备

采用新的泥浆预涂层-反应烧结工艺在C/SiC复合材料表面制备Si/SiC致密涂层,重点研究了原材料、工艺条件对涂层性能的影响;采用XRD分析涂层的组分及晶体结构,采用SEM分析涂层的断口形貌.结果显示,采用MC为胶粘剂、较低的裂解升温速度制备的预涂层性能最好;无Si气氛存在直接高温烧结制备涂层性能差,而在真空环境下、1450～1600℃温度范围高温烧结能够制备出致密的Si/SiC涂层,Si气氛的大量存在是决定涂层性能的关键.     

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.     

金属基复合材料中增强纤维表面涂层研究现状

增强纤维与基体间的界面对金属基复合材料的性质起着重要的作用,纤维表面涂层法是解决纤维增强金属基复合材料界面问题的有效途径之一。针对纤维表面涂层的选取原则、分类及制备工艺,综述了金属基复合材料的界面稳定性及综合性能的影响。