KD-S和KD-Ⅱ SiC_f/SiC复合材料的制备、微观结构及性能（英文）

以KD-S和KD-Ⅱ型碳化硅(SiC)纤维编织件为增强体,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了以热解炭(PyC)为界面涂层的三维(3D)结构SiC_f/SiC复合材料,系统研究了SiC_f/SiC复合材料的微观结构及性能间的关系。结果表明:KD-S和KD-Ⅱ型SiC纤维均具有晶粒尺寸为8～15 nm的多晶结构;两种SiC_f/SiC复合材料的断口表面均出现了纤维拔出现象,说明两种SiC纤维增强的SiC_f/SiC复合材料均具有典型的伪塑性断裂行为。KD-S SiC_f/SiC复合材料的弯曲强度、弹性模量和断裂韧性分别达到(955.0±42.8) MPa,(110.3±1.7) GPa和(28.5±2.8) MPa·m~(1/2),明显高于KD-ⅡSiC_f/SiC复合材料,这归因于近化学计量比的KD-S型SiC纤维具有较高的模量和耐温性能。由于KD-S和KD-Ⅱ型SiC纤维的结构及成分差异,导致KD-S型SiC纤维表面的PyC界面涂层呈现光滑的多层有序结构,而KD-Ⅱ型SiC纤维表面的PyC为疏松颗粒状结构。     

亚麻落麻纤维增强可降解复合材料的弹性模量预测

采用非织造结合热压成型工艺制备了亚麻落麻纤维增强聚乳酸(PLA)基可降解复合材料(亚麻落麻/PLA),发现植物纤维模量具有Weibull概率分布特征,将其引入到Cox模量预报模型及相关修正理论中,提出了非连续植物纤维增强可降解复合材料(D-NFRBC)弹性模量预报模型,该模型可包含纤维模量、长度、取向角概率分布对复合材料模量的影响.结果表明:亚麻落麻/PLA弹性模量在纤维体积分数为39.6％时达到最大.修正后模型对亚麻落麻/PLA弹性模量的预报精度较修正前提高3.67％.     

反应烧结法制备 SiC(w)/SiC 光学结构件复合材料

本文研究目的是制备一种与RB-SiC反射镜镜坯材料力学、热学性能匹配的高断裂韧性的镜框等光学构件材料(SiC(w)/SiC)。利用反应烧结法制备了SiC晶须增强SiC陶瓷复合材料(SiC(w)/SiCCMC)。测试了SiC(w)/SiC复合材料的主要力学性能和热学性能。结果表明,采用反应烧结法制备的SiC(w)/SiC复合材料具有良好的综合性能,其弯曲强度为243MPa;裂韧性值(KIC)从4.49MPa.m1/2提高到6.43MPa.m1/2,提高了43.2%;其热导率(125.3W/m·K)与RB-SiC陶瓷(119.3W/m·K)的热导率接近。初步探讨认为,SiC晶须的拔出、桥连现像和新生纳米SiC颗粒的存在是SiC(w)/SiC复合材料的主要增韧机理。     

预制体结构及界面对三维SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响

为研究预制体结构及界面对三维编织SiC/SiC复合材料拉伸性能的影响,采用先驱体浸渍裂解法（PIP）分别制备了三维四向和三维五向SiC/SiC复合材料,并引入热解炭/碳化硅（PyC/SiC）复合界面层,进行拉伸性能测试和断口形貌观察。结果表明,三维五向SiC/SiC复合材料拉伸性能优于三维四向SiC/SiC复合材料,三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸强度、模量和断裂应变分别是三维四向SiC/SiC复合材料的1.22倍、1.25倍、1.43倍,且比三维四向SiC/SiC复合材料具有更好的强度可靠性。这是由于三维五向SiC/SiC复合材料增加了受力方向的纤维含量,限制了纤维在外力作用下的转动和变形,起到定型和稳固作用。添加PyC/SiC复合界面层,三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸强度、模量及断裂应变分别提高了21.7%、15.0%和11.0%。界面的存在可以保护纤维,调节纤维与基体之间的热应力,受力时诱使裂纹偏转和分叉,消耗能量,提高三维五向SiC/SiC复合材料的拉伸性能。      

酸性介质中不同聚醚醚酮纳微复合材料的耐蚀与耐磨性能

分别研究了不同质量分数的纳米SiC填充碳纤维/聚醚醚酮(CF/PEEK)和钛酸钾晶须/聚醚醚酮(PTW/PEEK)复合材料在pH=1的硫酸溶液中的耐蚀性能和摩擦学性能。采用电化学工作站评价复合材料的耐蚀性能,使用差热分析仪与扫描电镜分析了复合材料的玻璃化转变温度与磨损面的形貌,并讨论了复合材料的防腐和耐磨机理。结果表明,在腐蚀性介质中质量分数2.5%纳米SiC增强复合材料的耐蚀性最佳,此时纳米SiC增强PTW/PEEK复合材料的耐蚀性能优于纳米SiC增强CF/PEEK复合材料。在酸性环境下,2.5%纳米SiC增强复合材料的摩擦学性能最佳,在滑动摩擦过程中,PTW不但起到了承载的作用,而且暴露的PTW可以填充到对偶面的划痕之中,减小了纤维对复合材料的刮擦以及磨粒磨损程度,所以相同含量纳米SiC增强PTW/PEEK复合材料优于CF/PEEK的摩擦学性能,其耐磨性是CF/PEEK复合材料的5倍。     

裂解工艺对先驱体转化制备Cf/SiC材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,经8个周期的反复真空浸渍-交联-裂解处理制备出三维编织碳纤维增强碳化硅(3D-B C_f/SiC)复合材料,考察了裂解工艺对材料结构与性能的影响。结果表明:提高裂解升温速率可以提高材料密度,形成较理想的界面结合,从而提高材料的力学性能。裂解温度对材料性能也有较大的影响,C_f/SiC复合材料在第6个周期采用1600℃ 裂解可以弱化纤维与基体之间的界面,提高材料致密度,材料的力学性能也得到较大改善。裂解升温速率为15℃/min,第6个周期采用1600℃裂解制备的C_f/SiC材料性能较好,弯曲强度达到556.7 MPa。      

UD-Cf/SiC陶瓷基复合材料的高温拉伸性能

采用两种形状(纺锤形、矩形)的拉伸试样对热压单向M40JB-C_f/SiC和T800-C_f/SiC复合材料进行了高温拉伸强度测试,得到了C_f/SiC复合材料的拉伸强度,并对纺锤形试样断裂应变的表达式进行修正,得出了复合材料的弹性模量。M40JB-C_f/SiC复合材料1300℃的拉伸强度及模量分别为374 MPa和134 GPa, 1450 ℃的拉伸强度及模量为338 MPa和116 GPa,T800-C_f/SiC复合材料1300 ℃拉伸强度和模量为392 MPa 和115 GPa。测试结果与试样的断裂方式密切相关,在有效部位断裂的测试结果大于在非有效区断裂的测试结果。M40JB-C_f/SiC复合材料的拉伸断裂应力-应变曲线表现出塑性变形的非线弹性破坏特征,而T800-C_f/SiC主要表现为线弹性特征。      

空间反射镜新材料研究进展

传统的反射镜材料已满足不了反射镜大口径超轻量化的发展要求。碳纤维复合材料因其出众的性能优势,必将成为未来反射镜材料领域中的重要一员。综述了碳纤维增强SiC复合材料(C/SiC)、碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)、碳纤维增强碳基体复合材料(C/C)这3种具有巨大潜力的反射镜材料,并重点论述了这3种材料的性能特点、应用现状、制备方法及技术瓶颈等问题。最后展望了碳纤维复合材料在反射镜领域的发展前景。     

热致性液晶/氧化石墨烯/酚醛树脂复合材料的力学性能与摩擦性能研究

将酰氯化后的氧化石墨烯与热致性液晶聚合物经溶液混合法制备热致性液晶聚合物/氧化石墨烯(TLCP/GO)混杂材料;通过辊炼、挤出、模压成型工艺制备热致性液晶聚合物/氧化石墨烯/酚醛树脂(TLCP/GO/PF)复合材料,研究TLCP/GO混杂材料含量对酚醛树脂复合材料的力学、动态力学及摩擦性能的影响。结果表明:添加量为0.5%时复合材料的弯曲强度及弯曲模量分别提高了26%及11%;添加量为0.5%时,复合材料初始储能模量提高了31.5%,同时,混杂材料的加入一定程度上改善了复合材料的摩擦磨损性能,其中混杂材料添加量为0.5%时,复合材料的摩擦系数在0.39~0.28之间,250℃时,复合材料的磨损率为0.39×10-7cm3/N·m,比纯酚醛复合材料降低48.7%,表明TLCP与GO具有协同增强作用。     

SiCf/SiC陶瓷基复合材料制备技术与性能研究进展

连续SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)具有良好的高温力学性能、抗氧化性及放射耐受性等,是继Cf/C和Cf/SiC复合材料之后航空航天和原子能等领域最理想的新一代高温结构材料.从原材料、制备技术、微观结构与性能及应用等方面对SiCf/SiC复合材料的最新研究进展进行了综述,并对其发展趋势进行了展望.开发新型制备技术和优化现有技术及采用其联合工艺减低成本,进一步优化材料微观结构提高其使用性能是今后SiCf/SiC复合材料的研究重点.     

纤维类型对纤维增强SiC基复合材料性能的影响

对比了采用先驱体浸渍法制备的三种不同纤维增强SiC基复合材料的性能差异,并从材料的微观结构特征入手分析了差异产生的原因。通过研究发现,采用Hi-Nicalon纤维增强的SiC基复合材料具有较好的性能,单向复合材料弯曲强度达到703.6 MPa, 断裂韧性达到23.1 MPa·m1/2;采用国产吉林碳纤维(JC)制备的SiC基复合材料也具有较好的性能,弯曲强度为501.1 MPa,断裂韧性为13.8 MPa·m1/2。      

先驱体转化法制备SiC纤维的研究进展

先驱体法制备的SiC纤维是高性能陶瓷基复合材料(CMC)的关键增强材料. 在过去三十年里, 已发展了三代SiC纤维. 本文综述了三代SiC纤维制备工艺、组成结构和性能的发展变化情况, 分析了SiC纤维的耐高温、抗氧化、模量和高温抗蠕变性能与其组成和结构的相互关系, 总结了提高纤维性能的主要方法.     

SiC/Al层状梯度复合材料的制备与抗毁伤特性

用真空热压法制备了SiC/Al层状梯度复合材料;采用热压扩散工艺,实现了不同SiC含量的复合材料间的有效连接.实验表明SiC/Al层状梯度复合材料制备时,添加纯铝过渡层有助于提高层间结合强度.通过穿甲试验对SiC/Al层状复合材料的抗毁伤性能进行了分析,结果表明所制备的SiC/Al层状复合材料具有比纯铝材料更为良好的抗毁伤性能.     

ZrB_2基超高温陶瓷复合材料的高温拉伸损伤行为

开展了SiC(20vol%)-石墨(15vol%)/ZrB2复合材料室温及高温拉伸性能实验,发现高温时复合材料的拉伸强度和弹性模量有所降低,并且具有明显的非线性特征。引入热损伤来表征弹性模量随温度的衰减规律,利用强度统计分析方法确定单向应力状态下材料的机械损伤演化方程,建立了材料在热力耦合条件下的高温拉伸损伤非线性本构模型。分析表明:随着温度的升高,SiC-石墨/ZrB2复合材料的热损伤和机械损伤不断增加,延性增强,且脆性-延性破坏转变温度范围为1 250~1 350℃。     

TiC颗粒增韧SiC基复合材料及其冷处理研究

研究了TiC_P粒径与TiC_P/SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性之间的关系,探讨了低温冷处理对复合材料性能的影响.结果表明:添加适宜粒径的TiC颗粒能够提高SiC材料的强度和韧性,但同时提高强度和韧性的粒径范围很窄.对复合材料进行低温冷处理,不仅可以进一步提高强度和韧性,而且可以改变增韧的粒径范围,使增韧和增强的粒径重合范围变宽.因此,形成一个较宽范围的强韧化区,为材料的强韧化设计和工艺的制定提供了依据.      

聚醚醚酮/碳化硅复合材料的结构及性能

为满足聚醚醚酮(PEEK)特种封装塑料在特殊环境中应用的高耐热性、高力学性能和透波性能等需求,通过分别将玻璃纤维(GF)和碳化硅纤维(SiC)经熔融共混的方式引入PEEK中,并采用注塑成型的方式制备PEEK复合材料;使用扫描电子显微镜、差示量热扫描仪、万能拉力试验仪、热重分析仪和矢量分析仪对复合材料的拉伸断裂面形貌结构、熔融和结晶行为、力学性能、热稳定性以及电磁屏蔽性能等特性进行了深入研究。结果表明,SiC纤维与PEEK基体具有良好的界面相容性,PEEK/SiC复合材料的力学性能较PEEK/GF复合材料更为优异,其拉伸断裂强度和模量及冲击强度分别可达130.4 MPa,7.39 GPa和14.8 kJ/m²,比纯PEEK分别提高了67%,347%和143%。此外,PEEK/SiC复合材料还表现出优异的热稳定性和良好的透波性能。研究结果说明,小尺寸SiC纤维填充PEEK复合材料具有更优的力学性能、耐热性能和透波性能。为在极端环境中应用的电子封装材料的研究与开发提供了有益的思路。     

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料高导热性能研究进展

作为一种先进的高温结构及功能材料,高效传热和高温耐热相结合对纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(silicon carbide matrix composites, SiC CMC)在热管理领域(thermal management, TM)中的应用至关重要。常见的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,如碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(C_f/SiC或C_f/C-SiC)、碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)等,增强纤维的石墨化程度较低,难以形成有效的热输运网络。本文综述了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料制备及高导热性能等方面的最新研究进展。可通过引入高导热相、优化界面结构、粗粒化碳化硅晶体、设计预制体结构等方式提高纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的热输运能力。此外,展望了纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料发展趋势,即综合考虑影响高导热碳化硅陶瓷基复合材料性能要素,灵活运用复合材料结构与性能的构效关系,以期制备尺寸稳定、性能优异的纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。     

热压烧结制备SiC增强石墨复合材料及其性能

以天然鳞片石墨为起始原料,SiC颗粒为增强相,采用热压烧结工艺制备了SiC增强石墨复合材料。研究了SiC含量对SiC增强石墨复合材料微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:SiC颗粒均匀分布在石墨基体中,降低了基体中的孔隙率;随着SiC含量增加,SiC增强石墨复合材料的相对密度和弯曲强度相应增加,开孔率显著降低,当SiC含量达到40vol%时,SiC增强石墨复合材料中形成了SiC网络骨架结构,相对密度达到了94.2%,比商品高强纯石墨材料提高了11.8%,弯曲强度达到了146 MPa,比商品高强纯石墨材料提高了147%;基体石墨保持了层状结构;SiC含量低于40vol%时,SiC增强石墨复合材料的摩擦系数随SiC含量的增加轻微增加,与纯石墨材料的摩擦系数相当,具有良好的摩擦性能。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备

SiC 颗粒增强 A1基复合材料(SiC(P)/Al)具有较高的比强度和比模量、耐高温、耐摩擦、成本低廉和易于成型等优点,是一种很有希望的高性能结构材料。使用热挤压工艺进行了制备 SiC(P)/Al 复合材料棒材的探索实验。增强组元和基体分别为平均粒度为14μm 的工业 SiC 颗粒原料和粒度<43μm 的超声气体雾化的铝合金(LD_2)粉末。采用湿法混料以防止 SiC 颗粒的偏析和 Al 粉末的氧化。SiC 颗粒的体积比大约为20%左右。     

一种测定单向纤维增强陶瓷基复合材料组分"原位"弹性模量的方法

提出了一种将细观分析和宏观实验相结合的方法以测量纤维陶瓷基复合材料组分"原位"弹性模量, 即利用混合率和Evans等导出的加载后卸载-再加载应力-应变曲线迟滞回环和组分材料力学性能之间的关系, 反解出纤维的原位模量。将此方法成功地应用于C/SiC复合材料, 初步结果表明此方法是行之有效的, 还表明C/SiC复合材料中纤维的原位弹性模量有明显下降。