碳纤维增强氮化物基复合材料的制备及其性能表征

合成了全氢聚硅氮烷和硼氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征;以混杂先驱体和3D碳纤维编制体为原料,采用先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制得了碳纤维增强氮化硼-氮化硅混杂基体的复合材料,并对复合材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了研究.结果表明,混杂先驱体中含有B-N,B-H,Si-N,Si-H,N-H等结构,无其它杂质出现;随着PIP工艺循环次数的增加,复合材料的密度随之提高;当进行4个循环时基本致密,密度达到1.50g/cm3,弯曲强度达到156.4 MPa;轨道模拟实验显示复合材料具有优异的抗烧蚀性能.     

Cf/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了2D Cf/SiC复合材料,研究了低温裂解工艺(裂解温度低于1000℃)对2DCf/SiC复合材料结构和性能的影响,为Cf/SiC复合材料的低温制备探索可行之路.研究表明,采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf/SiC复合材料力学性能,其弯曲强度达到329.6 MPa,剪切强度32.1 MPa,断裂韧性14.7 MPa·m1/2.并采用差热(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)等对先驱体聚碳硅烷(PCS)及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究.     

Cf／SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解（PIP）工艺制备了2DC／SiC复合材料，研究了低温裂解工艺（裂解温度低于1000℃）对2D Cf/SiC复合材料结构和性能的影响，为Cf／SiC复合材料的低温制备探索可行之路。研究表明，采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf／SiC复合材料力学性能，其弯曲强度达到329．6MPa，剪切强度32．1MPa，断裂韧性14．7MPa·m^1/2。并采用差热（TG-DTA）、红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）等对先驱体聚碳硅烷（PCS）及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究。     

碳纤维CVD SiC涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响

采用CVD PIP工艺制备了SiC涂层碳纤维增强SiC复合材料(C/SiC),研究了碳纤维表面CVD SiC涂层的形貌以及涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响.结果表明CVD SiC涂层处理可以填补纤维表面上的沟槽和缺陷,使纤维表面变得光滑,从而使C/SiC复合材料的力学性能有很大提高,碳纤维经过CVD SiC 1 h涂层处理的C/SiC复合材料的力学性能最好,弯曲强度达到511.5 MPa,断裂韧性达到20.8 MPa·m1/2.     

先驱体浸渍-裂解法制备Cf/SiC复合材料

采用先驱体浸渍-裂解法制备了Cf/SiC复合材料.重点研究碳纤维类型对复合材料力学性能和断裂行为的影响.研究表明,采用先驱体浸渍-裂解法可制备出致密度较高的Cf/SiC复合材料.由于M40JB纤维的制备温度明显高于T300纤维的制备温度,因此与T300纤维相比,M40JB纤维具有较高的结晶度和较低的表面活性.结果,在复合材料制备过程中,M40JB纤维与基体的界面反应较弱,从而使复合材料呈现韧性断裂,具有较好的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别为614.4 MPa和18.8 MPa·m1/2.而T300纤维则与基体发生较强的界面反应,导致纤维与基体间的界面结合过强,复合材料表现为脆性断裂.     

碳预制体中BN粉引入及其SiC基复合材料性能研究

通过真空浸渍和压力注射的工艺方法向三维针刺整体碳毡中引入了质量分数为50%的BN亚微米粉,采用PIP工艺,以含乙烯基的液态聚碳硅烷(LPVCS)为先驱体,制备了Cf/(BNp-SiC)复合材料,并对其性能及微观形貌进行了表征,与未加粉的Cf/SiC复合材料进行了对比。结果表明:BN粉的引入能有效缩短复合材料的制备周期,且对材料的力学性能影响较小。经过8次PIP工艺后,Cf/(BNp-SiC)复合材料开孔率仅为4.4%,Cf/SiC复合材料经9次PIP工艺后开孔率为6.5%。Cf/(BNp-SiC)复合材料抗弯强度达到269.6MPa,断裂韧性为10.26MPa·m1/2,Cf/SiC复合材料抗弯强度和断裂韧性分别为257.8MPa和13.51MPa·m1/2。     

以新型先驱体浸渍裂解制备SiC/SiC复合材料弯曲性能研究

以一种新型先驱体LPVCS为原料、KD-1型SiC纤维作为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了SiC/SiC复合材料,并对其性能及微观形貌进行表征。实验结果表明,以LPVCS为先驱体、经过热模压辅助成型工艺处理的材料密度为2.11g/cm3,孔隙率为6.25%,而且材料制备周期大大缩短。采用CVD工艺在SiC纤维表面制备裂解碳涂层可有效降低裂解过程中高温对纤维造成的损伤,而且可改善纤维与基体界面的结合,使材料抗弯强度达619.4MPa,断裂韧性达29.1MPa·m1/2,较无涂层的纤维增强复合材料更高。     

纤维排布方式对KD-I/SiC复合材料性能的影响

采用国产KD-I型SiC纤维为增强体,通过先驱体转化工艺制备了SiC/SiC复合材料.研究了二维织物和针刺毡等纤维排布方式对复合材料显微结构和物理以及力学性能的影响.结果表明,与针刺毡增强SiC/SiC复合材料相比,2D SiC/SiC复合材料的纤维体积分数和密度较高、孔隙率低、所需制备时间短、成本低、面内性能好,但同时损失了Z向性能.在不同工况下应用的SiC/SiC复合材料应根据具体使用要求来选择纤维排布方式.     

工艺对C/SiC复合材料结构与性能的影响

介绍一种化学气相渗透与先驱体浸渍裂解联用(CVI-PIP)的工艺制备碳毡增强SiC复合材料,采用SEM分析复合材料的显微结构,采用三点弯曲法测试复合材料的力学性能,结果显示在复合材料致密化过程早期,CVI工艺致密化效率明显高于PIP工艺;与完全采用PIP工艺制备C/SiC复合材料相比,采用CVI-PIP工艺可提高复合材料的致密化效率和致密化程度,复合材料残留孔隙率从18.86%下降到5.45%;相应的,C/SiC复合材料的抗弯强度与弹性模量分别从66.43 MPa和38.43 GPa增加到112.16 MPa和68.49 GPa;采用CVI-PIP联用工艺同时能够增加复合材料与其表面CVD涂层的结合性能.     

2D Cf/SiC-Cu复合材料的制备和性能

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,提出并采用先驱体转化法制备了一种新型的复合材料,2D Cf/SiC-Cu材料(其中Cu作为发汗剂),对其力学性能和烧蚀性能进行了考察.结果表明:采用先驱体转化法可以制备出力学性能较好的2D C1/SiC-Cu材料,弯曲强度、剪切强度和断裂韧性分别达到263 MPa,27.7 MPa和15.7MPa·m1/2.材料密度为2.24 g/cm3,在氧乙炔焰中烧蚀60 s后,材料结构保持完整,力学性能仍能满足喉衬材料的使用要求,质量损失为0.124 g.因此,2D Cf/SiC-Cu材料具有较低的密度、良好的力学性能和较好的抗烧蚀性能,是一种有希望的固体火箭发动机喉衬备选材料.     

氧化锆纤维增强PMMA-PMA基复合材料的制备

以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯酸甲酯（PMA）为基体，钇稳定氧化锆纤维为增强相，采用悬浮聚合的方法，制备了氧化锆纤维增强PMMA-PMA基义齿基托复合材料。重点研究了氧化锆纤维质量分数对复合材料性能的影响。采用万能材料试验机、扫描电子显微镜、红外光谱和XRD分析测试手段分别对材料的抗折强度和断面的微观形貌等进行了测试和表征。结果表明：随ZrO2纤维含量增加，PMMA．PMA／Zr02基复合材料的抗折强度和弯曲模量都呈现先增加后下降的变化规律。     

Effect of Pyrolysis Temperature on the Properties of Three-Dimensional Silica Fiber Reinforced Nitride Matrix Composites

Three-dimensional silica fiber reinforced nitride matrix composites (3D SiO_2f/nitride composites) were prepared through four cycles of vacuum infiltration of a hybrid precursor and pyrolysis under ammonia atmosphere. The effects of pyrolysis temperature on densification behavior, mechanical properties, and microstructures of the composites were investigated. With the increase of pyrolysis temperature from 800 to 1300 °C, the density of SiO_2f/nitride composites increased from 1.83 to 1.88 g/cm³, while the flexural strength decreased from 148 to 53 MPa, and the elastic modulus decreased from 41.5 to 25.1 GPa. The higher temperatures cause serious damage to silica fibers. The properties of silica fibers and the reinforcing mechanism determine the mechanical properties of the composites.     

低浸渗压力制备纤维增强铝基复合材料

利用液态浸渗技术制备了氧化铝纤维增强铝基复合材料。研究结果表明,在低压下使液态合金浸渗纤维预制件制备铝基复合材料是可行的。在浸渗过程中,液态合金的温度对浸渗压力有较大影响。所制备的复合材料具有均匀的显微组织,基体中的共晶组织可依附在纤维表面形核生长。     

界面层对近化学计量比碳化硅纤维增强碳化硅复合材料性能的影响

分别以国产近化学计量比SiC纤维和聚碳硅烷为纤维增强相和基体浸渍剂,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺,实现制备PyC界面层的SiC/SiC复合材料致密化.采用SEM对SiC纤维及SiC/SiC复合材料的形貌进行分析,采用三点弯曲法对材料力学性能进行测试.结果 表明,国产近化学计量比SiC纤维具有高强高模的特点,界面层厚度是...     

碳纤维/环氧树脂复合材料表面激光选择性消融预处理

补片修复方法已经成为复合材料表面损伤修复的主要手段,补片与待修表面的粘接性能是影响修复效果的主要因素,表面预处理则是提高粘接修复强度的重要途径。采用Nd∶YAG激光器,对碳纤维/环氧树脂复合材料表面进行选择性激光消融处理,测试了补片粘接后的拉剪性能,分别采用电子显微镜、三维形貌仪、X射线光电子能谱分析仪、拉曼光谱仪,分析了激光消融表面的显微形貌和物相特征。结果表明,激光消融能够在不破坏碳纤维结构的情况下有效消除复合材料表面的环氧树脂,提升表面活性及粘接修复性能。与未进行激光消融处理的复合材料相比,激光处理后表面活性提高,含氧官能团C=O数量增加约87%,补片粘接修补后的拉剪强度最大提升了近36%。     

液态浸渗后直接挤压铝基复合材料的力学性能

实验研究了采用液态浸渗后直接挤压工艺制备的氧化铝短纤维增强铝基复合材料（Al2O3Sf／Al）的力学性能。发现该方法制备的复合材料不仅具有很高的弹性模量和强度性能、材料中增强纤维的增强承载作用得到了充分发挥,而且延伸率能保持在相对较高水平。结果表明,该工艺是一条非常有效的制备金属基复合材料的新途径。     

SiC纤维表面去碳处理对PIP-SiCf/SiC复合材料力学性能以及界面影响

采用强度测试、SEM、HRTEM等分析测试手段对纤维表面去碳前后SiC纤维强度、复合材料力学性能、纤维表面形貌、复合材料断口形貌以及复合材料界面特征进行分析表征.结果表明,去碳处理后,纤维表面的固有缺陷暴露出来,纤维强度下降约15%,但由其制备的复合材料强度下降只有原纤维制备复合材料的1/6;复合材料断口非常平整,纤维...     

SiC晶片增韧ZrB_2复合陶瓷材料的制备与性能

研究了以氮化铝(AlN)为助烧剂的碳化硅晶片(SiC_(pl))增韧二硼化锆(ZrB_2)复合陶瓷材料的制备工艺,并测定其抗弯强度、断裂韧性、致密度和显微硬度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面及断面形貌.复合陶瓷中SiC晶片的添加量分别为5%, 10%, 15%以及20%(体积分数, 下同),AlN作为烧结助剂添加量为3%.结果表明:适量SiC晶片的添加提高了SiC_(pl)/ZrB_2复合陶瓷的烧结致密度;SiC_(pl)/ZrB_2复合陶瓷的力学性能比纯ZrB_2陶瓷有所提高,抗弯强度和维氏硬度在5%SiC晶片添加量时达到最大,分别为(625.34±21.46) MPa和(14.60±0.84) GPa;断裂韧性在15%SiC晶片添加量时达到最大值(8.35 ± 0.26) MPa·m~(1/2).断口形貌观察表明主要增韧机制为裂纹偏转与晶片拔出.