C/C-SiC复合材料的RMI法制备研究进展

作为性能十分优异的高温热结构材料和制动摩擦材料,C/C-SiC炭陶复合材料广泛应用于多个领域。从RMI法制备C/C-SiC复合材料的反应机理、工艺过程及对材料性能的影响等方面进行了综述。介绍了C/C-SiC复合材料基体改性研究的进展。对RMI工艺方法今后的发展方向及研究重点进行了展望。     

先驱体转化法制备C/C-SiC复合材料研究

以多孔C/C复合材料为预制型,聚碳硅烷(PCS)为先驱体,制备了C/C-SiC复合材料。研究了浸渍液浓度和不同C/C复合材料预制体密度等级对C/C-SiC复合材料的密度和力学性能的影响。结果表明:当浸渍液浓度为50%时,复合材料的密度均达到最佳值;不同的预制体密度对制得的复合材料性能有很大的影响,其中初始密度为1.2g/cm3试样制得的复合材料性能达到最优,其密度达到1.786g/cm3,弯曲强度达204.1MPa,剪切强度为16.1MPa,断裂韧性为6.83MPa·m1/2。     

RMI法制备C/C-SiC炭陶复合材料的热学性能研究

以针刺网胎无纬布为预制体,采用压力浸渍树脂/炭化工艺结合反应熔体浸渗法(RMI)快速制备C/C-SiC炭陶复合材料。研究了炭陶复合材料在室温~800℃时的热扩散系数、比热容和导热系数等热学性能参数和在室温~1 000℃时的热膨胀系数。结果表明:x-y向(平面方向)和z向(厚度方向)的比热容和热膨胀系数呈非线性增大,而热扩散系数和导热系数则呈非线性降低;x-y向的热扩散系数及导热系数明显大于z向,表明炭陶材料呈各向异性;1 000℃时x-y向平均热膨胀系数为1.506×10~(-6)/℃,低于z向的平均热膨胀系数(3.666×10~(-6)/℃)。     

C/C-SiC复合材料的组合工艺制备及基体改性研究进展

C/C-SiC复合材料是一种耐磨性好、抗烧蚀的高温热结构材料,被广泛应用于航空航天、摩擦制动、热防护等领域,然而几种制备C/C-SiC复合材料的单一工艺方法均存在着局限性与不足之处.本文重点介绍了几种制备C/C-SiC复合材料的组合工艺,并分析了组合工艺各自的优缺点.综述了C/C-SiC陶瓷基复合材料基体改性的相关进展...     

高性能C/C复合材料制备工艺研究

对制备C/C复合材料的化学气相渗透工艺进行了系统的实验研究,着重分析了热解碳的沉积过程。研究表明,在化学气相渗透的初始阶段,热解碳主要在碳纤维表面沉积,并与碳纤维之间形成了界面结合;随后,热解碳的沉积继续填充碳纤维预制体内部的气孔。这一过程有助于缓解纤维与陶瓷基体之间的界面应力。研究表明,通过调节热解碳的沉积时间可以得到具有一定密度梯度的C/C复合材料。     

先驱体浸渗裂解法制备C/C-SiC复合材料的烧蚀性能

用先驱体浸渗裂解法制备了碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)-SiC复合材料,用H2-D2火焰法检测其烧蚀性能.结果表明:C/C-SiC复合材料的烧蚀率随复合材料中的Si含量的增加而呈下降趋势;经过5次浸渍,C/C-SiC复合材料的密度从1.46 g/cm3增加到1.75 g/cm3,Si含量从5.06%增加到13.8%,线烧蚀率和质量烧蚀率分别下降474%和34.5%.密度为1.75g/cm3的C/C-SiC复合材料,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为2.22 μm/s和1.289 mg/s,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为密度1.78 g/cm3的C/C复合材料的21.7%和78.6%.基体中SiC的引入明显提高了C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能.     

C/C-SiC炭陶复合材料的制备及应用进展

介绍了C/C-SiC炭陶复合材料的几种制备方法及其优缺点,重点介绍了反应溶体浸渗法(RMI)的反应机理及研究进展。综述了C/C-SiC炭陶复合材料在航空航天领域、制动系统中的重要应用。     

C/C-SiC复合材料的低成本制备及其耐烧蚀性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,酚醛树脂为碳源配制SiC先驱体,以编入了SiC粉末的炭纤维毡为预制体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)与反应熔渗(RMI)相结合的方法制备出密度为1.93 g/cm3的C/C-SiC复合材料。借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜(SEM)对先驱体及复合材料的相组成和微观结构进行分析。采用等离子体烧蚀枪进行烧蚀试验,测试C/C-SiC复合材料的耐烧蚀性能。烧蚀30 s后,材料表面保持完整,无明显裂纹及烧蚀坑,烧蚀中心出现了明显的氧化层及白色粉末状烧蚀产物,材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.137 mg·s-1,5.50μm·s-1。     

反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料及其反应机理和动力学的研究进展

对反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料过程中Si的渗入行为以及Si/C的反应机理和动力学进行了综合评述.分析了高温下Si的密度、粘度、表面张力及Si/C润湿角对渗入能力的影响.概括了Washburn公式及其改进模型在液Si渗入行为方面的研究进展,给出了渗入时间、SiC生成速率与渗入高度之间的关系.对控制Si/C反应的溶解-沉淀机理和扩散机理进行了阐述,总结分析得出：不同阶段Si/C反应发生的区域不同,因而控制反应的机理也不同.最终的SiC相是由不同反应机理共同作用形成的.     

C/C-SiC梯度基复合材料氧化行为研究

研究比较了Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ梯度基复合材料和Ｃ／Ｃ复合材料的氧化行为．实验结果表明：ＳｉＣ通过占据表面活性点提高了共沉积基体的氧化起始温度;由于减少了碳与氧的接触面积,阻挡氧化凹坑的扩展,降低了材料的氧化质量损失速率．利用ＳＥＭ观察了梯度基复合材料微观氧化过程     

惰性填料SiC对C/C-SiC复合材料制备及烧蚀性能影响研究

以纳米SiC粉为惰性填料,采用先驱体浸渍裂解法制备C/C-SiC复合材料,研究了不同纳米SiC含量浆料对复合材料致密过程及烧蚀性能的影响。结果表明,不同纳米SiC含量浆料对制得的复合材料性能有很大的影响,添加纳米SiC粉质量分数为16.67%时制得的复合材料性能最优,其最终密度为1.86 g/cm~3,开孔率为6.93%,线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.0041mm/s和0.0013g/s。     

大型C/C-SiC复合材料光学反射镜研究进展

C/C-SiC复合材料光学反射镜是空间光学系统的一个重要部分,随着空间科学技术的进步,为了满足更高的应用要求,需要尺寸更大的反射镜。在制备大尺寸反射镜的工艺流程中,将子部件组装粘接起来是一个很重要的步骤,并且大型反射镜所用材料也是世界各国关注的问题。文章介绍了大型反射镜的材料和制备工艺,并阐述了国内外大型反射镜的最新研究进展。     

PIP工艺制备Cf/SiC-ZrB2陶瓷基复合材料的研究

以聚碳硅烷和硼化锆前驱体为原料,采用前驱体浸渍裂解工艺制备C_f/SiC-ZrB₂复合材料,首先研究了粘度对前驱体溶液浸渍效率和材料致密度的影响,进而研究了浸渍压力等条件对材料性能的影响。结果表明：合理的溶液组分配比关系到混合溶液的粘度,是影响浸渍性能的主要因素;真空加压浸渍的方法可以减少制备周期,快速提高材料致密度,对材料的各方面性能都有明显的改善。     

轴瓦用C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能研究

本文通过液相气化热梯度法结合反应熔渗法制备出C/C-SiC复合材料,并通过环块摩擦磨损实验考察了在水润滑条件下不同载荷对其摩擦磨损特性的影响。实验在结果表明:C/C-SiC复合材料主要由碳纤维、碳纤维周围深色相PyC、灰暗相SiC相和灰白相Si组成。在水润滑条件下,C/C-SiC复合材料的摩擦系数较低,并随着载荷的增加而增大。当载荷从100N增加到400N时,摩擦系数从0.06增大到0.17左右。当载荷小于200N时,C/C-SiC复合材料的磨损率变化不明显;当载荷大于200N时,其磨损率随载荷的增加而显著增大。载荷较高时,C/C-SiC复合材料的磨损形式主要为磨粒磨损,材料表面磨损是磨粒的犁削作用和应力疲劳作用的共同结果。     

PIP法制备SiC纳米线增强SiC_f/SiC复合材料及其力学性能

利用化学气相沉积法原位生长Si C纳米线,制备出Si C纳米线增强Si Cf/Si C复合材料。研究了Si C纳米线及Si C纳米线/基体热解碳界面调控对复合材料的力学性能、裂纹扩展行为、纤维与基体之间的结合强度的作用。研究表明:Si C纳米线的引入能显著提高复合材料的致密化效果。通过调控Si C纳米线/基体的界面厚度,可显著提高复合材料的力学性能。Si C纳米线的引入提高了纤维/基体的界面结合强度,而Si C纳米线表面热解碳的引入可改善纤维/基体的界面结合强度。此外,碳化硅纳米线及其界面调控,能有效优化基体的微区力学行为及断裂模式。     

C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料力学性能和微观结构的影响

研究C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料密度、弯曲强度和微观结构的影响。实验通过化学气相渗透法(CVI)制备密度分别为1.2g/cm~3、1.4g/cm~3和1.6g/cm~3的低密度C/C多孔预制体,采用反应熔渗法(RMI)制备密度分别为2.21g/cm~3、2.18g/cm~3和1.82g/cm~3的C/C-SiC复合材料;将CVI制备的低密度C/C多孔预制体,采用RMI法在1500℃、1650℃和1800℃的反应温度下制备密度分别为1.79g/cm~3、2.18g/cm~3和2.41g/cm~3的C/C-SiC复合材料。结果表明:随着C/C预制体密度增加,C/C-SiC复合材料密度不断降低,弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在C/C预制体密度为1.4g/cm~3时,材料的性能达到最优状态,材料的密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa;随着RMI反应温度增加,C/C-SiC复合材料密度不断升高,材料弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在反应温度为1650℃时,材料性能达到最优状态,材料密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa。     

纤维种类对C/C-SiC复合材料力学性能的影响

分别以PAN基预氧丝和炭纤维为原材料,采用准三维针刺工艺制备2种纤维预制体,然后采用化学气相渗积(CVI)工艺制备出密度相近的C/C复合材料坯体,最后对坯体进行熔融渗硅处理得到C/C-SiC复合材料,研究了纤维种类对C/C-SiC复合材料力学性能和断裂机理的影响。结果表明:纤维种类对C/C-SiC复合材料的力学性能和断裂机理有显著影响,炭纤维增强C/C-SiC复合材料的弯曲强度较高,达到140.3 MPa,断裂失效模式为"假塑性"断裂;预氧丝C/C-SiC复合材料的弯曲强度较低,为112.6 MPa,呈脆性断裂。产生以上结果的主要原因是增强纤维的力学性能不同,纤维表面形貌不同,进而导致所制备的C/C-SiC复合材料增强纤维与基体的结合强度不同。     

CVI法快速制备C/SiC复合材料

为缩短CVI法制备C／SiC复合材料的工艺周期并降低成本，研究了CVI工艺过程中沉积温度、MTS（CH3SiC3)摩尔分数和气体流量对SiC沉积速率和MTS有效利用率的影响，实验结果表明：提高沉积温度，常压下1100℃时增大MTS摩尔分数（11％→19％），都有利于提高SiC沉积速率；提高沉积温度和降低反应物气体流量，能提高MTS有效利用率，在优化的工艺条件下，预制体的微观孔隙内沉积了致密的SiC基体，沉积速率达到142μm/h左右，并有效消除了基体中裂纹的形成，MTS的有效利用率为11％－27％。     

加压焙烧法制备短纤维增强C/C复合材料

采用加压焙烧工艺制备了短纤维增强C／C复合材料，研究了基体材料配比及纤维含量对其力学性能的影响，结果发现，基体材料中粘接剂沥青的最佳含量为30w%，当炭纤维含量小于8．3vol%时，随着炭纤维含量的增加，复合材料的抗折强度逐渐升高，之后，随着炭纤维的体积含量的增加，复合材料的抗折强度有所下降。     

SiC微粉加入对PIP法制备3D-Cf/SiC复合材料的影响

本文采用聚合物先驱体浸渍-裂解法(Precursor infiltration pyrolysis,PIP)制备出三维碳纤维增强SiC基复合材料(3D-C/SiC),研究了不同含量的SiC微粉对其制备周期、材料致密性和材料抗弯强度的影响.实验结果表明,先驱体溶液中加入适量SiC微粉可缩短3D-C/SiC的制备周期.材料致密度与抗弯强度随着先驱体中纳米SiC含量增加而不断增强,当含量达到11.76％时,材料致密度与抗弯强度达到最高,继续增加SiC微粉含量材料致密度与抗弯强度呈下降趋势.