热处理对碳化硅基复合材料结构与力学性能的影响

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(Si C/Si C)是极具前景的高温结构材料。通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了Si C/Si C复合材料。在惰性气氛下,1400~1800℃范围内对Si C/Si C复合材料进行热处理,用红外热像仪作为测温工具监测材料温度,研究了热处理温度对Si C/Si C复合材料结构和力学性能的影响。结果表明,经1400℃热处理后复合材料基体结晶程度增加,整体力学性能提高;随热处理温度进一步提高,复合材料纤维受损,力学性能急剧下降。     

先驱体转化制备2D Cf/SiC复合材料力学性能

以国产3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷和SiC微粉为先驱体和填料,分别采用热压辅助先驱体转化和先驱体浸渍裂解工艺制备了2D Cf/SiC复合材料.结果表明,热压辅助先驱体转化工艺制备的2D C/SiC复合材料纤维损伤严重,基体较为疏松,材料力学性能很低,弯曲强度和断裂韧性仅为84.3 MPa和6.5 MPa·m1/2.而先驱体浸渍裂解工艺制备的2D C-SiC复合材料纤维损伤较小,具有较好的界面结合,内部孔隙较为均匀,力学性能较好,弯曲强度和断裂韧性分别达到321.6 MPa和17.8 MPa·m1/2.材料具有较好的高温力学性能,1300℃时力学性能有较大幅度的提高,1600℃和1800℃时复合材料力学性能还可以较好地保持.     

裂解温度对聚硅氧烷转化Cf/Si-O-C复合材料界面结构和弯曲强度的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法制备碳纤维二维编织布增强Si-O-C复合材料(Cf/Si-O-C),探讨了裂解温度对材料界面结构和弯曲强度的影响.研究发现,当倒数第二周期的裂解温度从1 100℃提高到1 400℃时,可以弱化纤维/基体的界面结合强度,从而提高材料的弯曲强度.     

基体对PIP法制备2D Cf/SiC材料抗氧化性能的影响

以3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷为先驱体,采用先驱体转化工艺制备了2D Cf/SiC复合材料,考察了基体结构对材料抗氧化性能的影响.结果表明,先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的抗氧化性能主要与材料基体中的游离碳含量及孔隙率有关,基体中游离碳含量和孔隙率越高,材料的抗氧化性能越差.通过减少基体中的孔隙率和游离碳含量,可以制备抗氧化性能较好的2D Cf/SiC复合材料,在1300℃,马弗炉中氧化20 min后,材料的失重率仅为2.2%,弯曲强度和断裂韧性保留率达到83.6%和80.9%.     

浸渍-碳化工艺对碳/碳复合材料力学性能的影响

采用碳纤维针刺整体毡作为增强体,硼酚醛树脂作为基体先驱体,用浸渍碳化的方法制备C/C复合材料.考察了在不同的浸渍压力和碳化温度下材料力学性能的差异.分析结果表明:不仅密度是影响碳/碳复合材料力学性能的重要因素,纤维和基体的结合状况以及基体碳的结构也是决定材料强度和断裂方式的重要因素.随着工艺参数的改变,碳/碳复合材料的断裂模式可以由“假塑性断裂”向“脆性断裂”转变.     

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.     

纤维表面状态对Cf/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用浸渍裂解工艺制备出3D Cf/Si-O-C陶瓷基复合材料,研究了碳纤维表面状态对材料结构与性能的影响.本研究以热处理的方式改变纤维表面状态,并利用XPS对热处理前后纤维表面状态进行了表征.结果表明热处理能够降低纤维表面活性;纤维表面活性降低实现了复合材料中纤维-基体界面的弱化,减小了碳纤维在材料制备过程中的损伤;由低表面活性纤维制备的Cf/Si-O-C复合材料性能优异,弯曲强度和断裂韧性分别达到534MPa,23.4 MPa·m1/2,是由高表面活性纤维所得复合材料的6倍和10倍.     

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。     

C/C-SiC复合材料的制备及其层间剪切强度分析

采用先驱体浸渍裂解结合液硅渗透的方法制备C/C-SiC复合材料。通过X射线衍射和扫描电镜分析了材料的成分和微结构,采用压缩双切口试样法分别在室温和1600℃下测试其层间剪切强度,分析了微观剪切破坏机理。结果表明:碳纤维表面的热解碳(PyC)与液硅反应生成一层SiC,保护纤维不受残余Si的损伤。树脂碳和液硅反应生成的SiC填充了多孔C/C的孔隙。材料的高温层间剪切强度是室温下的2倍左右。室温下基体存在残余热应力,界面结合强度低,材料属于脆性断裂,高温下基体残余热应力得到释放,界面结合强度增大,基体裂纹部分闭合,该复合材料可承受更大的剪切应力。     

Cf/SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,T300碳纤维和光威(GW)碳纤维为增强纤维,采用先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)分别制备了Cf/SiC复合材料.在相同工艺条件下,所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平,两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364 MPa和437 MPa.采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况,并分析了复合材料的结构和性能差异.     

Sol-Gel工艺制备三维碳纤维增强Al_2O_3-SiO_2基复合材料研究

以三维五向碳纤维编织件为增强体,以铝硅比为1:2的高固含量的Al2O3-SiO_2溶胶为先驱体,制备出3D-Cf/(Al2O3-SiO_2)复合材料。研究了溶胶的莫来石化行为,探讨了热处理温度对复合材料微观结构、力学性能、抗氧化性能的影响。结果表明,双相溶胶在1200℃时发生明显的莫来石化反应,1300℃时莫来石化反应基本完成。经18个周期的浸渍-干燥-热处理制备出抗弯曲强度可达220~240MPa,并具有良好韧性的3D-Cf/(Al2O3-SiO_2)复合材料。经1000~1600℃空气中氧化30min后,除了1000℃热处理制备的复合材料,1200和1400℃下制备的复合材料均表现出很好的抗氧化效果。热处理温度通过影响基体的致密化状态而影响复合材料的力学性能和抗氧化性能。     

原位生长碳纳米管及其在SiC_f/SiC复合材料中的应用

采用碳纳米管改善纤维与基体间的界面结合,同时利用碳纳米管自身的优异性能对碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)进行二次增强。通过化学气相沉积工艺(CVD)在SiC纤维编织件内原位生长碳纳米管,优化碳纳米管原位生长过程中的碳源流量、反应温度和反应时间等工艺参数,对碳纳米管的原位生长工艺及机理进行系统分析,并结合先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备CNTs-SiCf/SiC复合材料,探讨原位生长碳纳米管的引入对复合材料力学性能的影响。结果表明,优化后的工艺参数如下:反应温度750℃,C2H2、H2和N2流量比1/1/3,C2H2流量100~150 mL/min,反应时间60 min;碳纳米管的引入使SiCf/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别提高了16.3%、90.4%和106.3%。     

首周期工艺条件对先驱体转化制备Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期不同工艺条件对材料性能的影响.结果表明首周期1600℃真空裂解的Cf/SiC复合材料性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别达到497MPa和29.6 MPa·m1/2;首周期采用缓慢降温可以小幅度地提高Cf/SiC复合材料的力学性能.     

SiC界面涂层对碳纤维针刺毡增强Al_2O_3复合材料力学性能的影响（英文）

分别采用3D碳纤维针刺毡为增强体以及聚碳硅烷(PCS)衍生SiC涂层为界面相,通过溶胶-浸渍-干燥-热处理(SIDH)技术制备C/Al_2O_3复合材料,研究SiC界面涂层对C/Al_2O_3复合材料力学性能、抗氧化性能和抗热震性能的影响。结果表明,C/Al_2O_3复合材料的断裂韧性显著优于Al_2O_3单体陶瓷,引入SiC界面涂层后,尽管断裂功有一定程度下降,但C/Al_2O_3复合材料的强度得到明显提高;得益于SiC涂层和C纤维之间的强结合,C/SiC/Al_2O_3复合材料在静态空气中表现出明显优于C/Al_2O_3复合材料的抗氧化和抗热震性能。     

HfC-TaC改性对C/SiC-ZrC复合材料静态氧化行为的影响

利用HfC-TaC对C/SiC-ZrC陶瓷基热结构复合材料进行改性,提升C/SiC-ZrC材料的抗氧化性能。结合前驱体浸渍裂解和化学气相沉积法制备陶瓷基复合材料,并通过静态氧化实验（1600 ℃/5 h和1600 ℃/20 h）检验其抗氧化性能。结合弯曲强度测试和失重情况分析,发现HfC-TaC可以有效改善C/SiC-ZrC复合材料的氧化行为,且能够使其满足力学性能要求。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等仪器,对复合材料的晶相结构、微观结构等进行了分析,结果显示：均匀的元素分布和基体中各陶瓷组元间良好的融合度是C/SiC-ZrC复合材料抗氧化性能提升的原因。     

硼在先驱体转化制备2DCf/SiC材料中的应用

研究了含硼(B)的聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)先驱体的裂解,并以B为活性填料,SiC微粉为惰性填料,PCS/DVB为先驱体制备了2D Cf/SiC-B材料.考察了B粉含量对材料力学性能和抗氧化性能的影响.结果表明,B的引入可以有效提高先驱体的陶瓷产率,缩短制备周期,当浆料中B含量为15φ%时,6次浸渍-交联-裂解周期后,材料的弯曲强度达到301.3MPa,与不添加活性填料制备的材料9个周期后的性能基本相当.当浆料中B含量为5φ%时,材料的力学性能和抗氧化性能均较好,9个周期后,材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到351.3 MPa,13.7 Mpa·m1/2,较不添加活性填料制备的材料力学性能有所提高,在1300℃马弗炉中氧化10 min后,弯曲强度和断裂韧性保留率分别达到了79.4%和80.3%,较未添加活性填料的Cf/SiC材料有明显提高.     

以聚硅氧烷为先驱体制备Al-SiCp/Si-O-C陶瓷复合材料

以聚硅氧烷为先驱体,SiC为惰性填料,Al为活性填料,考察了活性填料Al在聚硅氧烷转化制备Si-OC复合材料中的应用.研究发现:600℃时,活性填料Al能与聚硅氧烷裂解产生的含碳小分子气体反应生成Al4C3,800℃时能与N2反应生成AlN;这2个反应同时伴有体积膨胀,能有效弥补聚硅氧烷裂解时的线收缩.活性填料Al的引入能起到增强作用;含20%Al(体积分数)的SiC/Si-O-C复合材料的弯曲强度是不含Al的1.36倍;活性填料Al的引入能显著改善SiC/S-O-C复合材料的耐高温和抗氧化性能,但不能提高其抗热震性能.     

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...     

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。     

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.