C_f/SiC复合材料生产工艺研究

Cf/SiC复合材料克服了单一SiC材料韧性低、烧结过程中晶粒长大造成强度下降等缺点 ,本文就Cf/SiC复合材料的生产工艺进行了综述     

SiC/SiC复合材料及其应用

日本开发的Nicalon和Tyranno两种品牌的SiC纤维占有世界上绝对性的市场份额。SiC/SiC复合材料典型的界面层是500 nm厚的单层热解碳(PyC)涂层或多层(PyC-SiC)n涂层,在湿度燃烧环境及中高温条件下界面层的稳定性是应用研究的重点。SiC/SiC复合材料,包括CVI-SiC基体和日本开发的Tyranno hex和NITE-SiC基体等,具有耐高温、耐氧化性和耐辐射性的特点,在航空涡轮发动机部件、航天热结构部件及核聚变反应堆炉第一壁材料等方面正开展工程研制应用。     

C/C复合材料抗氧化耐高温SiC陶瓷涂层的研究

采用高温反应法和PVD法在SiC工业合成炉内制备了C/C复合材料耐高温抗氧化SiC陶瓷涂层.用XRD、SEM对其物相组成和显微结构进行了表征与分析,讨论了涂层的形成机理,并研究了其高温氧化性能.研究结果表明,所制备的陶瓷涂层主要由α-SiCβ-SiC组成,晶粒发育完整,涂层表面致密、无裂纹,且与碳基体结合紧密,涂层厚度约600μm,涂层抗氧化性良好,在1500℃空气中氧化10h失重约为0.3%.     

纤维类型对C/SiC复合材料性能的影响

利用化学气相浸渗法制备了Cf-C/SiC复合材料,借助SEM、TEM等研究了纤维类型对Cf-C/SiC复合材料力学性能的影响.实验证明T300碳纤维增韧补强效果优于M40碳纤维,利用T300碳纤维制备出弯曲强度为459M,断裂韧性为20.0MPa*m1/2,断裂功为25170J/m2的Cf-C/SiC复合材料.2种碳纤维增韧效果的差异是由纤维的原始强度、热膨胀系数和弹性常数的不同决定的.     

SiC纤维及其增强SiCf/SiC复合材料的研究进展

SiC_f/SiC复合材料的低密度、耐高温、抗环境腐蚀及抗氧化等突出性能,使其在航天及空天飞行器的热端部件、热防护结构、发动机热端部件及核工业等领域取得了重大应用,是新一代最佳的高温结构材料。SiC纤维作为增强相,自身抗拉强度高、抗蠕变性能好、兼具耐高温、抗氧化等优点,且与陶瓷基体有着优异的相容性,可使陶瓷复合材料克服脆性,具有韧性,极大地推动了陶瓷复合材料的应用。文章以碳化硅纤维研发技术的三个重要发展阶段为例,详细阐述了碳化硅纤维的制备方法及性能特点,同时对碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料的不同制备工艺进行了介绍,并分析了该复合材料当前国内外的应用现状,文章简述了SiC_f/SiC复合材料的发展及推广前景。     

电泳沉积-烧结两步法制备C/SiC复合材料

采用电泳沉积法在石墨基体上制备厚度可控的Si涂层,考察了电泳沉积参数(电压、沉积时间、固含量及添加剂量)对涂层沉积量的影响。所制备的Si涂层通过烧结与石墨基体发生在位反应形成SiC涂层。涂层成分的XRD分析表明烧结后生成β-SiC。用SEM观察涂层烧结前后的形貌,烧结后Si渗入基体内部。孔径分布数据表明所形成的SiC涂层导致石墨孔径变小。1200℃的抗氧化实验表明涂层起到了良好的防护作用。实验提供了一种制备C/SiC复合材料的新方法。     

中间相沥青基碳纤维C/SiC复合材料制备及其性能研究

采用短切中间相沥青基碳纤维（MPCF）作为增强相,制备多孔C/C复合材料,采用反应熔渗法将C/C复合材料转变成C/SiC复合材料。通过SEM和压汞仪分析,研究了C/C复合材料的孔隙特性;对C/C复合材料的力学性能和热性能进行测试表征。通过SEM和XRD衍射研究了C/SiC复合材料的微观形貌和物相成分;对C/SiC复合材料的力学性能和热性能进行测试表征。结果表明：C/C复合材料的密度1.475 g/cm³,显气孔率29.96%,平均孔径1.63μm,弯曲强度和模量分别达到87.33 MPa和32.08 GPa。面内（X-Y）和厚度（Z）热导率分别达到133.31 W/（m·K）和28.30 W/（m·K）。制备的C/SiC复合材料密度为2.493 g/cm³,几乎全致密。相比C/C复合材料,熔渗后C/SiC复合材料弯曲性能和热导率显著提高,弯曲强度和模量分别达到162.33 MPa和229.31 GPa。面内（X-Y）和厚度（Z）方向的热导率分别达到196.21 W/（m·K）和79.37 W/（m·K）。     

单向复合材料C/SiC平面磨削力实验研究

纤维增韧陶瓷基复合材料由于优越的力学性能被广泛应用于航空航天等重大国防领域.为探究复合材料平面磨削的磨削力影响因素,设计制备了一种单向C/SiC复合材料,采用平面磨床对其典型方向进行磨削,结合磨削力物理模型对磨削力影响因素进行分析.此外,分析了材料的表面形貌和磨削机理.结果表明:磨削力与进给速度和磨削深度成正比,与砂轮转速成反比;磨削力遵循规律:法向>纵向>横向.纤维的各向异性是是造成磨削力各向差异的主要原因,此外加工过程中材料破坏以脆性断裂为主.研究结果可为提高复合材料磨削效率提供理论基础,同时可为多相复合材料研究提供一定借鉴作用.     

基体改性对SiC/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响

采用先驱体浸渍-裂解工艺结合三种基体改性方式制备了SiC/SiC复合材料,通过形貌分析和力学性能测试,分析了基体改性对Si C/SiC复合材料高温抗氧化性能的影响。研究表明,经1200℃静态空气氧化100h后,三种基体改性的复合材料弯曲强度几乎没有下降,氧化200h后,弯曲强度保留率均可达到80%;氧化300h后,复合材料内部结构没有氧化现象,表面区域界面层的氧化程度降低。改性基体中的B元素氧化生成液相封填SiC涂层表面,延缓了SiC涂层的氧化进程,并阻止氧化介质进入复合材料内部,保护纤维和界面层,从而使SiC/SiC复合材料的长时静态高温抗氧化性能明显提高。     

SiC/FexSiy复合材料抗氧化性能研究

对以铁尾矿为主要原料制备的SiC/FexSiy复合材料进行抗氧化性能实验.变温氧化实验结果表明,复合材料在1000℃下有很好的抗氧化性能,而在1180℃以上氧化明显加剧.随氧化时间的延长,扩散成为控制性环节,表现为保护性氧化.复合材料在整个变温氧化过程中,表现为先失重再增重;1210℃时,增重达到最大值;整个变温氧化过程分为三个阶段:(1)增重阶段;(2)恒重阶段;(3)失重阶段.复合材料的氧化规律服从化学反应控速-混合控速-扩散控速三段模型.通过对复合材料恒温氧化动力学推导,求出材料在不同阶段表观活化能及频率因子,进而可推导出各阶段氧化速度常数k和温度T(K)的经验关系式.     

Cf/SiC复合材料的制备及性能的研究

采用料浆渗积-有机前躯体裂解工艺制备碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料.制备材料的抗弯强度达283 MPa,断裂韧性达12.1 MPa·m1/2.     

三维编织Cf/SiC复合材料的拉伸破坏行为

通过三维编织碳纤维(carbon fiber，Cf)／SiC复合材料样品单向拉伸以及单向拉伸加卸载实验．结合样品断口观察．从宏观上分析了三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时的力学响应，为进一步描述三维编织Cf／SiC复合材料力学行为奠定了实验基础。实验结果表明：三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时，卸载模量衰减与应力呈线性关系，残余应变的增加与应力呈二次函数关系。微裂纹主要在编织节点处萌生，沿纤维束界面扩展，最终在编织节点处汇合，导致样品发生破坏。     

High strain rate compressive response of the Cf/SiC composite

Carbon fiber reinforced ceramic owns the properties of lightweight, high fracture toughness, excellent shock resistance, and thus overcomes ceramic's brittleness. The researches on the advanced structure of astronautics, marine have exclusively evaluated the quasi-static mechanical response of carbon fiber reinforced ceramics, while few investigations are available in the open literature regarding elastodynamics. This paper reports the dynamic compressive responses of a carbon fiber reinforced silicon carbide (C_f/SiC) composite (CFCMC) tested by the material test system 801 machine (MTS) and the split Hopkinson pressure bar (SHPB). These tests were to determine the rate dependent compression response and high strain rate failure mechanism of the C_f/SiC composite in in-plane and out-plane directions. The in-plane compressive strain rates are from 0.001 to 2200?s^?1, and that of the out-plane direction are from 0.001 to 2400?s^?1. The compressive stress-strain curves show the C_f/SiC composite has a property of strain rate sensitivity in both directions while under high strain rate loadings. Its compressive stiffness, compressive stress, and corresponding strain are also strain rate sensitive. The compressive damage morphologies after high strain rate impacting show different failure modes for each loading direction. This study provides knowledge about elastodynamics of fiber-reinforced ceramics and extends their design criterion with a reliable evaluation while applying in the scenario of loading high strain rate.     

碳化硅填充聚合物复合材料的研究进展

概述了碳化硅晶须特性及传统应用领域,介绍了近年来碳化硅晶须填充各种传统和特种聚合物制备功能复合材料的方法以及对材料强度和模量、导热性和耐磨性的提高。     

纳米微粒／聚丙烯复合材料的流变学研究进展

总结了有机纳米微粒和无机纳米微粒改性聚丙烯复合材料的流变学研究,并对纳米微粒改善复合材料的流变学性能进行了综述。纳米微粒的加入在提高复合材料力学性能的同时,能够改善复合材料的流变学性能,对材料的成型加工具有一定的指导意义。     

High-temperature flexural strength of I-CVI processed Cf/SiC composites with variable interphases

The effect of single-layer pyrocarbon (PyC) and multilayered (PyC/SiC)_n=4 interphases on the flexural strength of un-coated and SiC seal-coated stitched 2D carbon fiber reinforced silicon carbide (C_f/SiC) composites was investigated. The composites were prepared by I-CVI process. Flexural strength of the composites was measured at 1200 °C in air atmosphere. It was observed that irrespective of the type of interphase, the seal coated samples showed a higher value of flexural strength as compared to the uncoated samples. The flexural strength of 470 ± 12 MPa was observed for the seal coated C_f/SiC composite samples with multilayered interphase. The seal coated samples with single layer PyC interphase showed flexural strength of 370 ± 20 MPa. The fractured surfaces of tested samples were analyzed in detail to study the fracture phenomena. Based on microstructure-property relations, a mechanism has been proposed for the increase of flexural properties of C_f/SiC composites having multilayered interphase.     

Flash joining of CVD-SiC coated Cf/SiC composites with a Ti interlayer

Flash joining of CVD-SiC coated C_f/SiC samples with a Ti interlayer was achieved using a Spark Plasma Sintering machine. The influence of different heating powers and discharge times were investigated. The sample flash joined at a maximum heating power of 2.2 kW (peak electric current of 370 A) within 7 s showed the highest apparent shear strength of 31.4 MPa, which corresponds to the interlaminar shear strength of the composites. A maximum joining temperature of ∼1237 °C was reached during the flash joining. An extremely rapid heating rate of 9600 °C/min combined with a very short processing time hindered any reaction between the CVD-SiC coating and the Ti interlayer. The formation of a metallic joint (Ti based) in the absence of any detectable reaction phase is proposed as a new joining mechanism. For a conventionally joined SPS sample, the formation of titanium silicide phases inhibited the formation of a bond.     

石墨烯复合材料研究进展

石墨烯是一种二维晶体,由碳原子按照六边形进行排布,相互连接,形成一个碳分子,其结构非常稳定。石墨烯具有极高的电导率、极快的电子传输速度、高硬度、高比表面积以及室温量子霍尔效应。石墨烯的复合材料广泛应用到材料科学、物理化学、纳米技术、应用物理学以及高分子物理学等领域。     

改性纳米碳化硅/聚氨酯弹性体复合材料的制备

采用KH-560与KH-550反应得到新的硅烷偶联剂改性纳米碳化硅(SiC);再以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚氧化丙烯醚二醇(PPG2000)为原料合成预聚体,改性纳米SiC为填料、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷(MOCA)为扩链剂,制备了改性纳米SiC/聚氨酯弹性体(PUE)复合材料。讨论了改性前后的纳米SiC添加量对复合材料的力学性能、耐磨性能和热稳定性的影响,并用扫描电镜分析了改性前后的纳米SiC在基体中的分散性。结果表明,改性后的纳米SiC在基体中的分散性优于纳米SiC,当改性纳米SiC质量分数为9%时,改性纳米SiC/PUE复合材料的力学性能达到最佳,耐磨性能明显改善,热失重温度提高了33℃。