SiC/SiC复合材料制备技术研究进展

SiC/SiC复合材料具有耐高温、低密度、抗氧化、抗热震、耐烧蚀等特性,被广泛地应用于航空、航天、能源、交通等领域。简单介绍了SiC陶瓷、SiC/SiC复合材料,并综述了前驱体浸渍热解技术(PIP)、化学气相渗透技术(CVI)、浆料浸渗-热压技术(SI-HP)和反应性熔体浸渗技术(RMI)制备SiC/SiC复合材料的研究进展。     

常压烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。     

SiC纤维强化陶瓷的制造技术、性能和应用

精密陶瓷作为继金属和塑料之后的第三代工程材料, 具有很多优异的特性。但是为了解决强度和脆性的缺点,目前最有效的方法是用纤维强化,其中以SiC纤维最受重视。其次叙述强化方法和材料,并列出所获得的结果。所列各种先进方法通过示意图加以说明,使内容具体、工艺清晰、全面。     

多孔SiC陶瓷的两种制备方法

采用两种不同方法制备多孔SiC陶瓷 ,讨论了其显微组织对性能的影响 ,探索制造多孔SiC陶瓷的新方法。经过研究得出 ,由天然木材制得的多孔SiC陶瓷的气孔形状规则 ,分布均匀 ,气孔率高 ,达 40 %以上 ,是制备高气孔率SiC陶瓷的一种可行技术     

消光遗态功能复合材料的设计研究

通过对消光遗态功能复合材料进行设计,选择茭白叶为模板,制备出了既有天然多维度的微孔结构,同时又有人工耦合金属粒子网络互联结构的Cu/C体遗态材料.研究表明,Cu/C体遗态材料有良好的红外消光特性,这也说明,引入不同的高活性金属离子,选择合适的制备工艺,遗态功能复合材料有望成为潜在的新型多频谱烟幕干扰材料.     

2D C/SiC复合材料烧蚀性能分析

采用氧-乙炔烧蚀试验研究了2DC/SiC复合材料的烧蚀性能,并对2DC/SiC复合材料在氧-乙炔焰流烧蚀条件下的烧蚀机理和烧蚀物理模型进行了初步探讨。结果表明,密度对材料的烧蚀性能有显著的影响,随着密度的增加,材料的线烧蚀率呈下降的趋势,当密度提高3.4%时,材料的线烧蚀率下降65%。同时,C/SiC复合材料在氧-乙炔条件下的烧蚀机制是热氧化烧蚀、热物理烧蚀和机械冲刷的综合作用。     

SiC/ZL111复合材料研究

主要研究了SiC/ZL111复合材料的流变铸造工艺、热挤压和热处理工艺与组织和性能的关系。试验表明,采用流变铸造法制取的SiC颗粒与ZL111铝合金组成的SiC/ZL111复合材料,经热挤压和热处理进行强化后,其抗拉强度较原ZL111合金提高20％,延伸率提高1.5倍,耐磨性(失重法)提高50％。     

C/SiC复合材料主动冷却超燃冲压发动机燃烧室研究

超燃冲压发动机燃烧室（简称超燃室）使用燃料冷却复合材料部件,可减轻系统质量,降低结构复杂性,是开发工作到Ma=8的超燃冲压发动机关键技术之一。描述了AC3P计划、PTAH-SOCAR计划在开发主动冷却C／SiC复合材料结构超燃室方面所做的试验研究及有助于进行主动冷却分析的正-12烷热分解模型验证情况。     

先驱体法制备连续SiC纤维的特性及其应用

连续SiC纤维是制备耐高温陶瓷基复合材料的基础和关键,目前应用最多的SiC纤维主要是通过先驱体转化法制得。它具有耐高温、抗氧化、高比强度和高比模量等特性,广泛的应用于航空、航天及军事等领域。由于连续SiC纤维的战略重要地位,国内外都呈现出研究和开发连续SiC纤维的热潮,新品种纤维不断出现,纤维性能不断提升,尤其是纤维耐高温性能和抗氧化性能得到了深入的研究和大幅度的提高,耐1900℃的烧结含铝碳化硅纤维抗拉强度达到2.5GPa,有着广阔的前景。     

C/SiC刚性热防护结构热力耦合分析

高超声速飞行器热防护问题复杂,是弹道参数、外部流场、气动加热、结构温度场、结构变形响应等多物理场的耦合.为提高飞行器结构温度场预估精度,开展气动加热与结构温度场的耦合分析方法研究,基于气动加热工程算法,对典型C/SiC刚性非烧蚀式防热结构进行气动加热与温度场耦合分析.结果表明作用在结构上的净热流密度低于气动加热工程计算得到的冷壁热流密度,设计热防护系统时必须考虑气动加热/结构温度之间的耦合作用.     

烧结助剂含量对液相烧结SiC陶瓷抗氧化性的影响

利用Al2O3和La2O3作为烧结助剂,在1 950℃下用液相烧结技术成功制备SiC陶瓷,并在800℃下对该液相烧结SiC陶瓷进行氧化处理。用XRD、SEM等手段分析SiC陶瓷表面氧化产物相组成和微观结构的演变,并探讨SiC陶瓷氧化动力学规律。研究发现,SiC陶瓷氧化动力学曲线遵循抛物线规律,随着氧化时间增加,其氧化速率开始时迅速上升,其后降低,逐渐趋于平缓。     

碳化硅陶瓷的熔盐腐蚀

系统总结了碳化硅陶瓷的高温熔盐腐蚀行为,包括熔盐的化学性、腐蚀动力学、材料在腐蚀过程中的性能变化,并提出了今后提高碳化硅陶瓷耐熔盐腐蚀的研究方向.     

二维C/SiC复合材料高温压缩力学行为研究

利用电子万能实验机和具有高温同步加载能力的分离式Hopkinson压杆装置,研究了二维碳纤维增韧的碳化硅复合材料在室温293 K~873 K时的准静态及动态压缩力学性能。实验结果表明:材料在高温下仍具有较高的承载能力,与室温时相比其动态抗压强度在873 K时仅下降了10%.分析认为,导致材料压缩强度随温度升高而下降的原因主要是由两个方面共同作用的结果:一是由于热膨胀系数不同引起的残余应力;二是氧化造成的承载能力下降,但氧化行为对该材料破坏强度的影响起到决定性作用。     

TiC/Ti3SiC2复合材料的制备及其性能研究

以粉末Ti,Si,TiC和炭黑为原料,采用反应热压烧结法制备TiC/Ti3SiC2复合材料。借助XRD和SEM研究TiC含量对TiC/Ti3SiC2复合材料相组成、显微结构及力学特性的影响。结果表明:通过热压烧结可以得到致密度较高的TiC/Ti3SiC2复合材料;引入TiC可以促进Ti3SiC2的生成,当引入TiC的质量分数达30%,TiC/Ti3SiC2复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为406.9 MPa,3.7 MPa.m1/2;复合材料中Ti3SiC2相以穿晶断裂为主,TiC晶粒易产生拔出。     

碳/碳化硅复合材料接触热阻计算方法

在高速飞行器结构与防隔热系统设计及评估中,需要准确判断接触热阻对结构热响应的影响。针对当前高速飞行器采用性能优异的碳/碳化硅复合材料,建立了该材料接触热阻理论计算方法,并完成了典型工况地面风洞验证试验研究,进一步利用该方法开展碳/碳化硅复合材料之间接触热阻的变化规律研究。研究结果表明,建立的高温接触热阻计算方法与地面风洞试验结果对比具有较好的精度,典型工况下碳/碳化硅复合材料接触热阻的热响应预示结果与地面试验结果误差仅约4%,有关结果可以为高速飞行器结构与热防护系统的设计及安全评估提供参考。     

Fe/SiC金属基复合材料的研究

研究了一种新型的Fe/SiC金属基复合材料的界面反应和烧结机理 ,并分析了工艺过程及参数对材料性能的影响。结果表明 ,在 1 0 50℃左右烧结时能有效控制界面反应 ;界面反应及材料的烧结以固相扩散为主 ;碳化硅粒子表面涂覆金属镀层及基体合金化既能有效改善界面结合又能提高材料的力学性能 ,尤其是耐磨性的提高最为显著。     

基于析因设计的PTFE/Al/SiC力学响应多因素分析

为探究SiC质量分数、SiC粒径和Al粒径及其交互作用对PTFE/Al/SiC(PAS)反应材料力学性能的影响,通过23析因准则设计并制备了8种不同配比的PTFE/Al/SiC反应材料,并进行了准静态压缩实验和分离式霍普金森压杆实验。通过t值排序法筛选显著因子,并分析显著因子贡献率及扰动趋势。通过响应面法分析显著的交互作用。结果显示,较高的SiC质量分数对PTFE/Al/SiC材料的力学性能具有积极影响。在应变率突变的情况下,SiC粒径对材料力学响应产生了相反的扰动趋势。Al颗粒对于PAS材料系统的力学响应作用有限。强烈的因子交互作用不容忽视。在低应变率加载下,SiC质量分数/SiC粒径交互作用显著,当SiC质量分数高且粒径较小时,可以双重优化颗粒分散状态和界面结合强度,从而提高材料的力学响应。在高应变率加载下,较高SiC质量分数的PAS材料动态力学响应较高,且SiC粒径/Al粒径交互作用显著。当SiC与Al颗粒的粒径尺寸接近时,材料的动态响应值能够得到有效提高。