连续浇水冷却刹车对C/SiC刹车材料性能的影响

采用化学气相渗透法(CVI)结合反应熔体浸渗法(RMI)制备了C/SiC飞机刹车材料,对材料的微观结构进行了分析,并重点研究了连续浇水冷却刹车对材料各项性能的影响。结果表明,在连续浇水冷却刹车条件下,C/SiC刹车材料摩擦磨损性能较为稳定,湿态衰减率仅为2.64%,磨损率为1.47μm·面~(-1)·次~(-1);C/SiC刹车材料表面及内部结构完整,力学强度没有明显降低;C/SiC刹车材料基体的抗氧化性能仍然较强且热学性能稳定。因此,C/SiC刹车材料能够满足飞机全天候及在各种着陆环境下安全服役的条件。     

C／SiC复合材料热性能及抗氧化性能的研究

本文研究了聚碳硅烷化学转化法制备C/SiC复合材料过程中碳纤维(CF)、碳化硅(SiC)基体的热物理性能对C/SiC复合材料性能的影响,并提出了一种可以提高复合材料抗氧化能力的简单有效的方法。     

碳纤维增强碳复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展(英文)

碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)复合材料抗氧化问题一直是国际材料界研究的热点。硅基陶瓷作为C/C复合材料抗氧化涂层,是目前研究最深入的涂层体系。综述了国内外近几年C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展,总结了C/C复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的制备工艺和对已有工艺的改进方法,分析了硅基陶瓷涂层在高温空气中、燃烧环境中的氧化失效机理。结合硅基非氧化物陶瓷(SiC,Si3N4等)环境障碍涂层的发展,展望了C/C复合材料在复杂环境中抗氧化涂层的研究方向。     

纳米碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料的氧化行为

以微米硅(Si)和纳米碳黑(Cp)粉体为主要原料,采用经机械化学法合成的碳化硅(SiC)和15%和25%的纳米碳颗粒与碳化硅(Cp-SiC)的复合粉体,并经无压烧结得到了Cp/SiC陶瓷基复合材料,分析了在不同温度条件下Cp/SiC烧结体的氧化行为。结果表明:当温度小于700℃时,Cp/SiC复合陶瓷在空气中的氧化受C—O2反应控制,致使其为均匀氧化;700℃时,氧化后的复合材料显气孔率最大,弯曲强度达极小值;大于700℃,氧化过程受O2的气相扩散控制,呈非均匀氧化;700~900℃之间,O2通过微裂纹的扩散控制着Cp/SiC的氧化过程;900~1 100℃之间,O2通过SiC缺陷的扩散控制着Cp/SiC的氧化过程,并在1 000℃时的最初的2 h内,复合材料弯曲强度增大,且达到了极大值。同时表明,纳米碳含量是影响复合材料强度及氧化行为的关键因素,添加纳米碳质量分数为15%的Cp/SiC复合陶瓷可以作为一种抗氧化性能优良的玻璃夹具材料。     

航天飞行器热防护系统技术综述

综述表明,C/C和C/SiC复合材料是宇宙输送系统飞行器前端部位热防护系统的最佳材料选择,多层抗氧化涂层、超高温陶瓷(UHTC)涂层、UHTC基体改性是提高其高温长期使用的有效途径。指出多层UHTC涂层、纳米级UHTC颗粒、火花等离子浇结(SPS)及碳气凝胶填充碳泡沫新型热防护结构等在高温热防护材料方面已显现出实际应用方向。     

自蔓延合成Al4SiC4和B4C及其在含碳耐火材料中的应用

以金属铝粉、硅粉、炭黑或石墨为原料,采用自蔓延化学炉法制备了Al4SiC4粉体,并将其添加到以板状刚玉、电熔刚玉、氧化铝微粉和石墨为主要原料的铝碳材料中,经混合、150 MPa冷等静压成型后于1100℃保温5h氮气保护烧成,研究其对铝碳材料的物理性能、抗氧化性能和抗水化性能的影响;以B203、金属Mg、炭黑和超细石墨为主要原料,采用自蔓延镁热还原法制备了B4C粉体,并将自蔓延产物添加到以电熔镁砂和超细石墨为主要原料的低碳镁碳砖中,经混合、200 MPa干压成型后于1600℃5h埋炭烧成,研究其对镁碳材料的物理性能、抗氧化性能的影响.结果表明:1)以Al、Si、炭黑或石墨为原料可以合成纯度高、不合Al4C3相的Al4SiC4粉体;添加7％ Al4SiC4粉体的铝碳材料具有良好的常温和高温性能,具有良好的抗氧化性和抗水化性能.2)以B2O3、Mg和炭黑为原料可以合成晶粒细小、活性较高的B4C粉体;添加B4C复合粉体的低碳镁碳砖具有良好的常温性能和热态强度,其抗氧化性能优于添加市售B4C和金属Al粉的试样.     

纤维丝束大小对Mini-C/SiC拉伸性能与强度分布的影响

为了探究碳纤维丝束大小对纤维束复合材料碳/碳化硅(Mini-C/SiC)拉伸性能和强度分布的影响,采用化学气相浸渗(CVI)法制备了1k Mini-C/SiC和3k Mini-C/SiC复合材料.测试了C纤维束以及Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能,并采用两参数Weibull分布模型分析了强度分布,同时还观察了拉伸断口形貌.结果表明:3k C纤维束表现出了明显的"聚拢效应",其拉伸性能和强度稳定性均优于1k C纤维束,而且其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k C纤维束的高47％、13％、46％、54％和102％.同时,1k C纤维束发生韧性断裂,3k C纤维束发生脆性断裂.3k Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能和强度稳定性均优于1k Mini-C/SiC复合材料,其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k Mini-C/SiC复合材料提高了67％、69％、63％、92％和216％,而且两者的拉伸断裂方式均为典型的脆性断裂.纤维体积分数高是大纤维丝束复合材料3k Mini-C/SiC拉伸性能和强度稳定性优于小纤维丝束复合材料1k Mini-C/SiC的主要原因.     

抗氧化碳／碳复合材料

详细地叔述了氧化碳/碳材料的制备、性能与应用。分析了抗氧化机制,指出,无论用硼酸盐浸渍还是用SiC涂层防氧化,其基本原理都是氧化后在碳/碳材料表面上形成一层完整的、致密的玻璃膜,这层膜抗挥发温度的高低就限定了它的使用温度。     

无黏结剂碳/陶复合材料的抗氧化机理

无黏剂C/C复合材料同其他C/C复合材料一样存在抗氧化性能差这一致命的弱点 ,采用防氧化表面涂层不能很好地解决涂层与基体间热膨胀差异所带来的裂纹问题 .通过采用一定比例的生石油焦、B₄C和SiC混合磨粉后 ,加入短碳纤维 ,无需添加黏结剂模压成型 ,而后烧结制得结构密实均匀的碳 /陶复合材料 .在 900～1200℃温度范围内对其抗氧化性能进行测试 ,结果表明该材料具有良好的抗氧化性能。从热力学的角度对其抗氧化机理进行了探讨 .     

碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料的氧化行为

采用化学气相浸渗(chemical vapor infiltration,CVI)法制备了以热解碳为界面的碳纤维增强碳氮化硅陶瓷基(carbon fiber reinforced siliconcarbonitride ceramic,C/Si-C-N)复合材料.用热重法研究了无涂层C/Si-C-N在空气环境中的氧化行为.研究表明:由950℃ CVI沉积的Si-C-N基体所制备的C/Si-C-N复合材料的氧化行为与碳纤维增强SiC陶瓷基(carbon fiber reinforced silicon carbide ceramic,C/SiC)复合材料的完全不同.在600～1 200℃,C/Si-C-N的氧化速率随温度的升高而持续增加,其抗氧化能力在600℃明显高于C/SiC复合材料;在900℃,抗氧化能力与C/SiC复合材料基本相当;在1 200℃,抗氧化能力则低于C/SiC复合材料.C/Si-C-N复合材料所表现出来的氧化行为主要与Si-C-N基体较低的热膨胀系数有关.     

含不同粒度SiC的MgO–Al_2O_3–C材料服役状态下的侵蚀机理

采用精炼钢包对两种含不同粒度SiC的Mg O-Al_2O_3-C(MAC)材料在包壁部位进行了115~135炉的工业试验,发现SiC粒度显著影响MAC材料的侵蚀速率,采用平均粒径D50=24.58μm的SiC粉的MAC材料的侵蚀速率为1.05 mm/炉(135炉),采用平均粒径D50=4.34μm的SiC粉的MAC材料侵蚀速率为1.30 mm/炉(115炉)。对用后MAC材料的损毁机理研究表明:2种材料中SiC都与CO(g)反应生成SiO(g),一部分SiO(g)继续与CO(g)反应生成SiO_2(s)和C(s),利用体积膨胀促进了材料结构致密化,大幅提高了抗氧化性能;而另一部分SiO(g)直接溢出MAC材料。当SiC粒度较大时,SiC与CO(g)反应较慢,减少了SiO(g)直接溢出,生成更多SiO_2(s),使得组织结构更致密,抑制了MAC材料中C的氧化,材料组成与结构保持更加完好,强度较高,具有更高的抗钢水冲刷磨损能力;SiC粒度大,在提高材料抗氧化能力的同时,也减少了材料与熔渣的接触面积,降低了MgO向熔渣的溶解速率。故在精炼钢包环境中,平均粒径D50=24.58μm的SiC比D50=4.34μm的SiC更利于提高MAC材料的抗侵蚀能力。     

碳/碳复合材料氧化的研究进展

碳/碳(C/C)复合材料因比重轻、导电导热快等优异性能,成为航空航天领域应用的理想材料,但在643K以上温度的含氧环境中,碳/碳(C/C)复合材料易发生氧化而导致失效,因此,研究C/C复合材料的抗氧化性能非常必要。本文对C/C复合材料的氧化过程进行了总结,氧化过程主要是低温段的碳氧化学反应控制和高温段的氧气经边界层与碳反应的扩散控制。目前,针对C/C复合材料的抗氧化性弱的问题,有研究者提出,基体改性和涂层防护是提高材料抗氧化能力的主要方法。本文综述了静态氧化和高温氧化烧蚀的最新研究进展,从相关的研究进展可知,该材料的应用环境较为单一,为此本文基于海洋腐蚀环境,分析了C/C复合材料的氧化过程。     

C/C复合材料SiC-MoSi2-WSi2抗氧化涂层的制备及性能研究

为提高C/C复合材料的高温抗氧化性能,以聚碳硅烷(PCS)浸渍裂解法和Si,Mo,W粉浆料刷涂反应法在C/C复合材料表面制备SiC-MoSi2-WSi2复合涂层,借助X射线衍射仪、扫描电镜等分析手段,对涂层的微观形貌、组织结构及物相进行分析研究,优化涂层制备工艺,考察了涂层的高温抗氧化性能,分析了抗氧化机理.制备的SiC-MoSi2-WSi2复合涂层厚度200 μm左右,主要由SiC,MoSi2,WSi2构成.1500℃氧化试验结果表明复合涂层的静态氧化失重率较SiC单层涂层降低50％以上,较大地改善了C/C复合材料的抗氧化性能.     

不同碳含量对C/SiC陶瓷材料的力学性能及加工性的影响

主要针对SiC基陶瓷作为高温玻璃夹具材料的可行性进行研究。采用机械化学结合无压烧结制备碳颗粒改性SiC陶瓷基复合材料(Cp/SiC),对其进行了XRD、SEM表征,分析了不同碳含量对C/SiC陶瓷烧结样品的体收缩率、密度、抗弯强度、显微硬度、断裂韧性和机加工性的影响。同时运用模糊数学理论,建立了模糊综合评价模型。我们偿试通过陶瓷的断裂韧性、硬度和抗弯强度等物理力学性能,对陶瓷的可加工性进行预测。结果表明:(1)烧结后的C/SiC复相陶瓷中的SiC发生了晶型转变,并且α-SiC比β-SiC的结晶度更好;(2)在碳含量为0~20%时,碳含量为10%的C/SiC复相陶瓷的显微组织最致密,而且碳与SiC的结合情况较好;(3)随着碳含量的增加,C/SiC烧结体的密度、体收缩率和抗弯强度都逐渐变小;(4)随着碳含量的增加,C/SiC复相陶瓷机加工性逐渐增强。     

Al4SiC4的性能、制备和应用

介绍了一种待研发的新型三元碳化物Al4SiC4(碳硅化铝)的组成和基本性能,并重点讨论了Al4SiC4的各种合成和制备方法,如固相反应烧结法、高温自蔓延法等的原理及效果.首先讨论了Al4SiC4材料的基本性能、抗氧化性能和抗水化性能,比较了Al4SiC4和其他材料之间的性能差异,并介绍了Al4SiC4的应用范围;最后对Al4SiC4材料的合成方法和性能进行了总结,同时指出了碳硅化铝材料作为新型耐火材料的研究和使用的进一步研究方向.     

热压碳化硅陶瓷材料的研究

碳化硅是一种应用在高温工程中有希望的候选材料。目前,许多工作正致力于研究气体透平和其它工程中需用的强度高、抗氧化性优良的SiC烧结体。 本文研究了添加剂(B_4C、C)和其它工艺参数对热压SiC的烧结性状和机械性能的影响。同时也研究了不同温度、不同时间、湿氧条件下的氧化增重和强度变化。 研究所得的结果如下: (1)B_4C和C是热压α-SiC达到致密必不可少的添加剂。达到最高密度的B_4C和C的最低限量分别为0.5wt％。 (2)热压SiC的室温抗弯强度约为500MN/m~2,且从室温到1400℃高温强度都几乎不变,高温时略有升高。另外,强度值似乎与碳的添加量(直到3wt％)无关。 (3)添加1wt％B_4C和3wt％C的SB_1C_3组成(热压条件是2050℃、保温45min、压力40MN/m~2),其性能是:密度3.17g/cm~3,室温强度480MN/m~2、热膨胀系数4.6×10~(-6)℃~(-1),洛氏硬度HRA93.5。 (4)直到1280℃,掺B_4C和C的SB_1C_3组成的抗氧化性是非常优良的,氧化速率与时间呈抛物线关系,氧化后的室温强度也是基本不变的。     

电泳沉积时间和热处理对碳纳米管增强C/SiC复合材料力学性能的影响

采用电泳沉积法结合化学气相渗透技术制备碳纳米管二次增韧的连续碳纤维增韧碳化硅(CNTs-C/SiC)复合材料。通过改变热解碳(PyC)界面上电泳沉积CNTs的时间,控制C/SiC复合材料中CNTs的含量,通过测试拉伸强度和断裂功,研究了CNTs含量及热处理对复合材料力学性能的影响。结果表明:在C/SiC复合材料PyC界面层上电沉积CNTs,能够大幅提高材料的拉伸强度和韧性。电沉积CNTs时间为5、8和10min时,CNTs-C/SiC复合材料的拉伸强度和断裂功分别提高了10.7%、39.3%、45.2%和31.1%、35.9%、46.5%。对未电沉积、电沉积8和10min的CNTs-C/SiC复合材料进行1 800℃热处理,发现材料的拉伸强度分别提高了64.4%、39.4%和49.5%。     

热处理工艺对Mini C/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响

采用5种工艺制备了C纤维束增韧SiC陶瓷基复合材料(Mini C/SiC),研究了热处理工艺对不同制备工艺条件下Mini C/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响。实验结果表明:在不进行热处理的Mini C/SiC复合材料中引入热解炭(PyC)界面相可提高拉伸性能和强度稳定性。与不进行热处理的MiniC/SiC复合材料相比,对引入PyC界面相复合材料的C纤维束和/或PyC界面相进行热处理均可提高拉伸性能。热处理温度小于等于1700℃时,先对C纤维进行热处理然后再沉积PyC界面相的MiniC/SiC复合材料,其拉伸性能最好。热处理温度为2 000℃时,先对C纤维沉积PyC界面相然后再进行热处理的Mini C/SiC复合材料,其拉伸性能最好。热处理温度对Mini C/SiC复合材料变形行为有着显著的影响,热处理温度不同时,复合材料表现出了不同的变形行为。     

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...     

碳的种类对铝锆碳滑板性能的影响

分别对单独加入4%(质量分数)鳞片石墨、炭黑、沥青碳3种碳材料和加入不同碳材料(总质量分数4%)复合的铝锆碳滑板进行了树脂加入量、耐压强度、高温抗折强度、显气孔率、体积密度等物理性能以及抗氧化、抗热震性能比较。试验结果表明添加石墨可以实现低的树脂加入量,试样的显气孔率低,抗氧化性好;添加炭黑可以提高试样的强度;添加沥青碳,则可提高试样的抗热震性,但抗氧化变差;复合添加这3种碳材料,可以得到强度高、抗热震好的铝锆碳滑板试样。