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。     

碳/碳复合材料制备工艺及研究现状

论述了碳／碳复合材料的制备工艺，包括碳纤维的选择、坯体的成型与致密化、碳／碳复合材料的高温热处理，并介绍了碳／碳复合材料的研究现状。     

三维Cf/SiC复合材料在固体火箭燃气流冲击条件下的形貌分析

采用高铝粉含量的固体火箭发动机燃气流对三维C_f/SiC复合材料进行高温气流冲刷试验,分析材料的形貌变化。SEM观测结果表明,三维C_f/SiC材料在固体火箭喷射的高温气/固两相流冲刷下,表面出现明显的冲刷痕迹(大量的5μm左右的冲刷坑),并且在材料表面附着了一层约20μm厚的致密白色物质,SEM及XRD测试分析结果表明,白色物质是立方晶系Al_2O_3,是由推进剂中铝粉燃烧所形成的高温Al_2O_3粒子熔融镶嵌而成。     

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％。     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的力学性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的力学性能进行研究。研究表明:材料表现出脆性断裂的破坏失效特征;SiCp/SiC复合材料内部颗粒间、团聚体之间残留的微孔和孔隙等薄弱环节使材料的强度降低;复合材料基体和增强相之间有一层由树脂热解而产生的玻璃碳,造成界面的弱结合,使材料强度不高。     

CVD生长SiC涂层工艺过程的正交分析研究

为了在C/C材料表面可靠地制备SiC抗氧化涂层 ,针对CVD工艺特点 ,采用正交设计方法对MTS +H2 体系制备SiC工艺过程进行了全面系统的研究 ,在对沉积过程现象进行观察分析的基础上 ,计算了 6种工艺因素对SiC -CVD过程影响的方差 ,对各自影响的显著性进行了分析 ,并讨论了所属的 2 1种工艺条件对沉积结果的影响。     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的氧化性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的氧化性能进行了研究。材料含有的气孔和破坏氧化膜连续性的杂质元素,为氧气扩散提供通道;氧化过程中形成的气孔,导致了新的自由表面的暴露和空气扩散通道,进而加剧氧化。在材料的高温氧化过程中,SiC的氧化生成SiO2膜导致试样质量增加,玻璃碳界面层的氧化生成CO的逸出导致试样质量损失。最后的质量变化是这两种综合作用的结果。在高温氧化过程中,材料的空隙增多,应力集中加强,界面层被破坏使SiCp/SiC复合材料的强度下降。     

NiTi SMA/铁电陶瓷复合材料的制备工艺及阻尼性能研究

采用sol-gel法在NiTi SMA冷轧薄片基体上沉积陶瓷薄膜而制备出NiTi SMA/铁电陶瓷异质复合材料。采用X射线衍射、扫描电镜及EDAX仪研究不同烧结温度下复合材料的物相组成,异质间结合结构等。用动态热机械分析仪(DMA)测试复合材料的阻尼性能并与单纯NiTi SMA的阻尼性能进行比较。试验结果表明,通过sol-gel法及控制烧结工艺,可在NiTi SMA基体上沉积陶瓷薄膜而制备NiTi SMA/铁电陶瓷异质复合材料;所制备的复合材料,在20℃以下,阻尼tgσ稳定在3.5%,且振动频率在0.33～10Hz以内,振动频率对阻尼影响较小;在20～40℃范围内,存在tgσ阻尼峰,峰值可达到5.0%。相对于单纯NiTi SMA,阻尼性能复合效应显著。     

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/碳复合材料基体抗氧化改性研究进展

表面涂层技术和基体改性是对碳/碳复合材料进行氧化防护的主要措施。对近年来碳/碳复合材料基体抗氧化改性传统技术方法进行全面总结,主要有碳纤维改性、液相浸渍法、添加剂法、催化杂质的直接脱除或失活、基体置换法。介绍碳/碳复合材料基体抗氧化改性新工艺,提出并设计3种碳/碳复合材料基体抗氧化改性最新工艺。并对碳/碳复合材料基体改性研究的发展趋势进行了展望。     

镀铜碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料的制备与性能研究

用粉末冶金法成功地制备了短碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料,对其体积密度、电阻率、硬度、抗弯强度和摩擦磨损性能进行了测试,观察了它们的显微组织、断口和磨面形貌,并与石墨-铜、镀铜石墨-铜基复合材料进行了对比。结果表明,镀铜碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料的各项性能,明显优于石墨-铜、镀铜石墨-铜基复合材料。     

碳纤维增强碳化硅复合材料的微观结构与界面

利用 Al_2O_3和 Y_2O_3为烧结助剂,通过热压烧结工艺制备了碳纤维增强碳化硅复合材料。结果表明:球磨工艺有助于短切碳纤维的均匀分散。烧结过程中,烧结助剂 Al_2O_3、Y_2O_3之间发生化学反应,促进液相烧结,并形成晶界间的次晶相YAG,有利于提高复合材料的断裂韧性。在较高烧结温度下,碳纤维与烧结助剂以及基体之间反应,形成过强结合界面,纤维性能降低,不利于复合材料力学性能的提高。     

钨骨架/Zr基非晶复合材料准静态断裂特征研究

研究了用渗流铸造法制备的钨骨架/Zr基非晶复合材料在1.4×10-2s-1应变率条件下的力学性能与变形断裂特征。试验发现钨骨架/Zr基非晶复合材料在准静态压缩条件下具有很高的压缩强度(3300～3500MPa)和良好的塑性变形能力(50%～60%)。利用SEM研究压缩后试样的微观组织形貌,发现钨骨架与非晶相的相互嵌套改变了非晶和钨骨架二者各自的变形机理与断裂模式。非晶相阻碍了钨骨架中裂纹的扩展,钨骨架抑制了非晶相中大面积流变的发生。复合材料的断裂表现为一种混合断裂模式,其中非晶相的断裂为局部软化后的撕裂。     

7050/Gr复合材料的制备及性能研究

采用热压和粉末包套挤压方法制备7050和7050/Gr材料,测试力学性能和内耗性能,利用金相显微镜和透射电镜观察材料组织。结果表明:通过热压制备的7050/Gr复合材料力学性能很低;粉末包套挤压制备的7050/Gr复合材料随Gr含量提高,7050/Gr的强度、弹性模量下降,伸长率也降低;热处理后复合材料的强度大幅度提高,T6态时强度最高,7050/4Gr、7050/5Gr的抗拉强度和伸长率分别为535 MPa、9.5%和526 MPa、3.5%;内耗测试结果表明,7050/5Gr复合材料的内耗比7050合金的内耗高,它们的内耗值均随测试频率降低和测试温度升高而增加,7050/5Gr复合材料的内耗属动滞后型的复相型阻尼合金的内耗机制。     

SiC涂层炭/炭复合材料的高温烧蚀性能

采用蒸镀法在高密度的炭/炭(C/C)复合材料表面制备SiC涂层,选用电弧驻点烧蚀试验技术考察SiC涂层后C/C复合材料的烧蚀性能,并探讨其烧蚀机理。结果表明,SiC涂层后,C/C复合材料的耐烧蚀性能有所提高,且烧蚀均匀性得到改善,SiC涂层的烧蚀起到瞬时的保护作用,适用于C/C复合材料在高温烧蚀条件下的短时间保护。     

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。     

Si3N4/Al-Mg复合材料的无压浸渗制备技术

用β-Si3N4纳米颗粒浆料浸渍多孔聚合物材料,通过加热烧蚀掉聚合物,制备出三维空间连续网络结构预制块体,再通过无压浸渗将已熔炼好的铝液浸渗到预制体中,成功制备出陶瓷与金属相互贯穿的Si3N4/Al金属基复合材料。利用座滴定法测试了Al在Si3N4基片上的润湿角,分析了润湿角与浸渗温度的关系。适量镁元素的存在,在Si3N4/Al界面发生微化学放热反应,降低了表面张力,使润湿角大大减小,从而促进了自发浸渗的进行。     

热处理条件对WC/钢复合材料热疲劳性能的影响

采用板状带V型缺口试样,在自制的热疲劳试验机上进行试验,研究了不同热处理状态下未经锻造的WC／ 钢复合材料热疲劳性能的影响。结果表明,优化热处理条件,可提高材料中钢基体的热疲劳抗力,从而抑制或终止热疲 劳裂纹在钢基体相中的扩展。在本试验条件下,经1 050淬火和500℃回火的试样具有最佳的热疲劳性能。     

热压制备Ti3SiC2/MgAl2O4复合材料及其性能研究

采用反应热压烧结法制备Ti3SiC2/MgAl2O4复合材料,研究MgAl2O4含量对该复合材料致密化程度、显微结构以及力学性能的影响。结果表明:MgAl2O4和Ti3SiC2两相之间具有很好的化学相容性;MgAl2O4的引入对该复合材料的烧结致密度影响不明显;MgAl2O4晶粒镶嵌在Ti3SiC2晶粒的层片之间,相互穿错搭接,可以有效地阻止裂纹的扩展;适当的MgAl2O4可以改善复合材料的力学性能,当MgAl2O4的质量分数为20%时,其抗弯强度达到421.4 MPa,当MgAl2O4的质量分数为10%时,其断裂韧性达到4.27 MPa.m1/2。