硅树脂浓度对PIP制备3D C_f/Si-O-C材料性能的影响

以三维碳纤维织物和廉价的硅树脂为原料,采用先驱体转化工艺制备3D C_f/Si-O-C材料,考察了硅树脂浓度对材料微观结构与力学性能的影响.结果表明:随着硅树脂浓度的增加,3D C_f/Si-O-C材料的密度增加,孔隙率下降,材料的弯曲强度增加,当硅树脂浓度达到54.5%时,材料的弯曲强度达到360.6 MPa;而随着硅树脂浓度的进一步增加,材料的密度虽然进一步增加,但弯曲强度和断裂韧性却明显下降,这主要是由于硅树脂浓度过高时,所制备的材料基体与纤维结合较紧,界面结合较差的原因造成的.     

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.     

先驱体转化法制备2D Cf/SiC材料的力学性能

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备碳纤维布增强碳化硅复合材料,考察了分别采用金属模具和石墨模具制备的2D Cf/SiC材料的力学性能.结果表明采用石墨模具可以减少脱模时材料的层间损伤,制备的材料孔隙分布均匀,力学性能较好,材料的弯曲强度和剪切强度分别达到246.4MPa和24.2MPa,弯曲模量达到64.8GPa,断裂韧性达到10.7MPa·m1/2.     

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.     

Identification of Desirable Precursor Properties for Solution Precursor Plasma Spray

In solution precursor plasma spray chemical precursor solutions are injected into a standard plasma torch and the final material is formed and deposited in a single step. This process has several attractive features, including the ability to rapidly explore new compositions and to form amorphous and metastable phases from molecularly mixed precursors. Challenges include: (a) moderate deposition rates due to the need to evaporate the precursor solvent, (b) dealing on a case by case basis with precursor characteristics that influence the spray process (viscosity, endothermic and exothermic reactions, the sequence of physical states through which the precursor passes before attaining the final state, etc.). Desirable precursor properties were identified by comparing an effective precursor for yttria-stabilized zirconia with four less effective candidate precursors for MgO:Y₂O₃. The critical parameters identified were a lack of major endothermic events during precursor decomposition and highly dense resultant particles.     

PIP工艺制备2D C/SiC复合材料Z-向穿刺工艺

针对2D C/SiC复合材料存在碳布层间缺乏纤维增强,层间结合较差的问题,提出通过Z-向穿刺工艺提高碳布层间结合,克服材料使用时可靠性不高的问题,并比较了穿刺工艺对复合材料微观结构和力学性能的影响.结果表明,通过Z-向穿刺工艺制得试样2D C/SiC-Z_(pin)的弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别为247.8 MPa、37.8 GPa和32.1 MPa,而未穿刺试样2D C/SiC的弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别只有219.3 MPa、34.4 GPa和23.3 MPa,由此可见,采用Z-向穿刺工艺能明显提高复合材料的力学性能.微观结构分析认为,试样力学性能提高的根本原因在于采用Z-向穿刺纤维加强了碳布层间结合,使材料具有较好的整体性,克服了复合材料层间结合较弱对力学性能带来的不利影响.     

先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的拉伸行为研究

研究了先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的拉伸行为.单向拉伸试验表明,材料的抗拉伸强度、拉伸模量和断裂应变分别为181.45MPa、64.95 GPa和0.744%.通过拉伸加载卸载试验分析了材料的拉伸失效过程,并对拉伸试验的应力应变曲线进行了拟合.结果表明,2D Cf/SiC复合材料拉伸破坏可以分为线弹性变形、基体破坏、纤维断裂和材料整体破坏4个阶段,拟合得到的曲线与试验曲线非常吻合.     

真空吸渗挤压制备2D-C_f/Al复合材料的组织和性能研究

采用真空吸渗挤压工艺制备了二维碳纤维增强铝基(2D-Cf/Al)复合材料。在挤压力(比压)为60~90 MPa、真空度为10~30 k Pa、浸渗挤压温度为580~620℃、保压时间为60~120 s时,可以获得浸渗充分和成形质量良好的复合材料。微观组织观察分析表明,基体合金和碳纤维分布均匀,纤维无折断、漂移现象,无明显微观缺陷。对Cf/Al复合材料进行密度和拉伸性能测试,其密度比基体合金降低17.9%,抗拉强度提高100%。热处理实验表明,经过T6热处理,基体合金的组织得到改善,内部应力和缺陷得到有效控制和消除,抗拉强度提高41%,而碳纤维和基体合金热膨胀系数的差异会在复合材料内部产生不良应力,导致其拉伸性能没有提高反而下降16%。     

聚合物先驱体组分对SiC/SiBCN复合材料性能的影响

以SiC纤维为增强相,SiBCN复相陶瓷先驱体为浸渍剂,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺制备了SiC/SiBCN复合材料。采用SEM和力学性能测试对SiC/SiBCN复合材料氧化前后组分、形貌及力学行为进行了分析。试验表明,随着SiBCN复相陶瓷先驱体中聚硼氮烷(PBN)含量的增加,先驱体陶瓷产率先增加后降低,SiC/SiBCN复合材料1000℃/20 h氧化后的弯曲强度保留率亦先增加后降低。这主要归因于SiBCN复相陶瓷先驱体中PBN含量的增加有利于先驱体分子交联程度增加,更容易形成稳定的三维网络结构。此外,材料孔隙率以及SiBCN复相陶瓷的氧化行为也成为影响SiC/SiBCN复合材料氧化稳定性的重要因素。     

硅树脂先驱体转化制备2DCf／Si-O-C

以二维碳纤维布、硅树脂先驱体、SiC微粉和乙醇溶剂为原料，采用PIP工艺制备了2DCf／Si-O-C材料，考察了浆料配比对材料力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明：硅树脂／乙醇／SiC配比为3：1．2：1时所制备材料的力学性能较好，其弯曲强度和断裂韧性分别达到249MPa和12．7MPa·m^1/2。与力学性能的变化趋势不同，随着浆料中SiC含量的增加，材料的抗氧化性能随之提高，硅树脂／乙醇／SiC配比为3：1．2：4时所制备材料在1300℃氧化10min后，弯曲强度和断裂韧性保留率分别达到了76．3％和83．9％，较未添加SiC微粉的2DCf／Si-O-C材料有明显提高。