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。     

热处理对SiC/Al复合材料摩擦磨损性能的影响

采用热压法制备了SiC(10～30wt%)/Al复合材料,并研究热处理前后复合材料与钢球对磨的摩擦磨损规律。结果表明:热处理显著降低了复合材料的摩擦系数,平均降幅为25%;同时还减少了复合材料的磨损率,低(15wt%以下)、高(20wt%以上)SiC含量的复合材料的平均降幅分别为38%和60%。载荷超过5 N后,高SiC(20wt%以上)含量的复合材料热处理后的磨损率大幅降低,7 N时,30wt%SiC/Al复合材料的磨损率可达到1.14×10-3 mm3/m,说明高含量SiC/Al复合材料在大应力作用下的耐摩擦磨损场合具有良好的适应性。     

多孔Al2O3/SiC、MoSi2/SiC复合材料的制备及吸波性能

以Si、Al₂O₃、MoSi₂微粉和生物竹材为原料,采用包埋烧结法分别制备出SiC多孔材料、Al₂O₃/SiC、MoSi₂/SiC复合材料。采用XRD、SEM及波导法测试其物相组成、显微结构及吸波性能。结果表明：MoSi₂/SiC复合材料的厚度为2 mm时有明显的吸波特性,有效吸收带宽在X波段的9.65~12.4 GHz频率范围内达2.75 GHz,且最低反射损耗为-38.27 dB。Al₂O₃/SiC复合材料孔道内的Al₂O₃与SiC晶须交缠,形成大量电偶极矩,产生介电损耗;MoSi₂/SiC复合材料除介电损耗外还存在电阻损耗,使得复合材料电磁损耗增加,是较有前途的结构功能吸波材料。     

SiC／Al复合材料的组织与力学性能研究

采用无压浸渗法制备了SiC／Al复合材料．研究不同颗粒大小的复合材料的抗弯强度、金相组织和断裂机理。结果表明：颗粒尺寸为20um的SiC／Al复合材料抗弯强度最高：小颗粒复合材料的断裂以沿晶断裂为主，局部有韧性撕裂的特征，而大颗粒还伴有穿晶解理特征。     

SiC/Al2O3/MVQ导热复合材料的制备与性能研究

分别使用碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)和SiC/Al2O3复配物制备了导热甲基乙烯基硅橡胶材料(MVQ),研究了SiC,Al2O3和SiC/Al2O3用量及表面改性对MVQ导热系数和力学性能的影响,结果表明,随导热填料用量的增大,MVQ导热系数增大;同等用量下,SiC/Al2O3/MVQ复合材料的导热性能均优于SiC/MVQ和Al2O3/MVQ;当SiC/Al2O3总用量为50份且SiC/Al2O3质量比为3/1时,复合材料导热系数为0.76 W/mK;随SC/Al2O3用量的增加,拉伸强度与拉断伸长率均降低,邵尔A硬度增大.表面处理后,复合材料导热性能得到进一步改善.     

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。     

镁含量对无压浸渗SiC/Al复合材料性能的影响

以SiC粉及铝合金(3%Mg(质量分数)、5%Mg、7%Mg、10%Mg)为主要原料,采用无压浸渗工艺制备得到了SiC/Al复合材料。表征了SiC/Al复合材料的物相组成、显微结构、力学性能及热导率,研究了合金中Mg含量对SiC/Al复合材料结构组成、力学及热学性能的影响。结果表明:制备得到的SiC/Al复合材料主晶相均为SiC与Al。适量Mg的引入有助于改善铝合金与SiC颗粒间的浸渗性能,能有效促进SiC/Al复合材料的界面反应。其中引入5%Mg样品的显微结构较为致密,综合性能较优,其气孔率为0.13%,体积密度为2.94 g/cm³,抗弯强度为(366.36±14.37) MPa,断裂韧性为(9.2±0.27) MPa·m^1/2,热导率为178.81 W/(m·K)。     

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     

Cf/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。     

CE/EP/纳米SiC复合材料研究

采用纳米SiC和环氧树脂(EP)对双酚A型氰酸酯树脂(CE)进行改性。研究了不同含量的纳米SiC对CE/EP/纳米SiC复合体系反应性及CE/EP/纳米SiC复合材料力学性能的影响,采用透射电子显微镜表征了材料的微观形貌,利用差示扫描量热法研究了固化树脂的热性能。结果表明,纳米SiC对CE/EP/纳米SiC复合体系具有明显的催化作用,并且能使复合材料的冲击强度提高123.62%,弯曲强度提高140.29%,有效发挥其增强增韧作用,还能很好地保持复合材料的耐热性能。     

Ti3SiC2/Al2O3复合材料的制备与性能研究

以TiC／TiO2/Si／Al／Ti等为主要原料，采用热压法原位合成Ti2SiC2／Al2O3复合材料，分别探讨了Al掺入量和工艺制度对Ti3SiC2/Al2O3复合材料物相、显微结构以及性能的影响。结果表明：原位合成制备的Ti3SiC2/Al2O3复合材料与传统方法合成制备的纯Ti3SiC2材料相比，材料的硬度和致密度均有很大的提高。     

SiC/SiC复合材料抗氧化界面相的研究现状及展望

SiC/SiC复合材料具有耐高温、抗氧化、耐烧蚀、抗热震等优异性能,是航空航天领域理想的高温结构材料.界面相是影响SiC/SiC复合材料性能的关键因素之一.依据陶瓷基复合材料界面相设计理念的不同,本工作将SiC/SiC复合材料界面相分为层状结构、难熔氧化物、稀有金属盐、多元陶瓷4大类,综述了各类界面相的材料种类与形式、...     

SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展

连续SiC纤维增韧SiC陶瓷基复合材料(SiCf/SiC CMCs)具有低密度、优异的高温力学性能和抗氧化性能,在航空发动机热端部件上具有广阔的应用前景,具备提高发动机推重比和使用温度、减轻无效重量、简化系统结构等显著优势.延长SiCf/SiC复合材料在航空发动机高温氧化环境下的服役寿命是当前需要解决的难题.本文从纤维、界面相、基体、表面涂层四个方面综述了SiCf/SiC复合材料高温抗氧化研究进展.采用多元多层自愈合界面相、对基体进行改性以及采用表面自愈合整体涂层都可以有效提高SiCf/SiC复合材料在高温氧化环境中的使用稳定性和寿命.     

烧结工艺对SiC/Cu–Al复合材料的力学性能及断裂行为的影响

以Cu包裹SiC颗粒为增强体,分别采用真空热压烧结和常压氩气气氛保护烧结方式制备含5%(体积分数)SiC颗粒的SiC/Cu–Al复合材料。研究了不同烧结温度对样品密度、Vickers硬度和弯曲强度的影响。采用X射线衍射、扫描电镜对样品的晶相组成和结构进行了测定。结果表明热压制品相对常压烧结制品的晶相组织均匀,晶粒细小。热压烧结可以大大提高SiC/Cu–Al复合材料的致密度,最高达到理论密度的99.9%。热压烧结的制品的硬度得到提高,550℃热压烧结的制品硬度最高可达到65MPa,575℃烧结时,其最大抗弯强度为190MPa,断裂机制主要是增强的颗粒断裂和基体撕裂。     

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.     

核用SiCf/SiC复合材料研究进展

核用SiC_f/SiC复合材料是国际上材料研究的一个热点,本文简要介绍了SiC_f/SiC复合材料的制备工艺,重点综述了SiC_f/SiC复合材料的抗辐照性能和耐腐蚀性能等方面的研究成果,详细介绍了SiC_f/SiC复合材料燃料包壳管的研究进展,并对核用SiC_f/SiC复合材料研究中需要关注的重点问题提出了几点思考。     

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。     

平纹编织C/SiC复合材料的断裂韧性

采用紧凑拉伸试件进行循环加载,研究了化学气相渗透工艺制备的二维平纹编织碳布增强碳化硅(C/SiC)复合材料的断裂韧性.基于实验结果,应变能释放率可分为弹性应变能释放率和不可逆应变能释放率,分别分析了弹性应变能释放率和不可逆应变能释放率随裂纹扩展的变化规律.发现在裂纹扩展初始阶段,裂纹分叉引起不可逆应变能释放率远高于弹性应变能释放率.随裂纹进一步扩展,不可逆应变能释放率迅速下降;最终两部分能量释放率都达到相近的平稳值,且不可逆应变能释放率大于弹性应变能释放率.对试件断裂表面进行扫描电镜分析,发现在裂纹尖端区域基体主要是剪切损伤,纤维具有很长的拔出长度.     

SiC组分含量对SiC/Cu复合材料力学性能的影响

采用真空热压法制备了不同配比的SiC/Cu金属陶瓷复合材料.利用阿基米德原理测定了复合材料的密度及气孔率;利用Instron万能材料电子试验机测得其三点弯曲强度;采用Hv-1000显微硬度仪测试其显微硬度,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对烧成样品的物相组成和断口显微形貌进行表征.结果表明:随着SiC组分含量的增加,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度均有所下降,而气孔率和显微硬度显著增加.在750 ℃,30 MPa压力作用下,保温3 min,制备得到的30SiC/70Cu(vol%)的复合材料,具有最优的力学性能,其显微硬度达到2087.2 MPa,抗弯强度为174.0 MPa.SiC/Cu复合材料的断裂行为既表现出一定的微观韧性特征,又表现出一定的脆性特征.     

热压烧结Cf/SiC复合材料的力学性能

以ＡｌＮ－Ｙ２Ｏ３为烧结助剂体系,采用先驱体转化－热压法制备出了Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料。研究了烧结助剂及其用量和烧结温度对复合材料力学性能的影响。结果表明,由于ＡｌＮ－ＳｉＣ的固溶和液相烧结的作用;烧结温度为１８５０℃时,烧结助剂用量较少的复合材料具有很好的断裂韧性。随着烧结助剂用量的增加,虽然复合材料的抗弯强度不断提高,但由于晶界相和ＡｌＮ－ＳｉＣ固溶体量的增加,使纤维与基体的结合过程,从而导致纤