连续SiC纤维增韧SiC基体复合材料研究进展

近年来,SiC纤维增韧SiC基体复合材料(SiC<,f>/SiC)由于具有良好的高温力学、抗化学腐蚀、高的韧性与抗中子辐照等优异性能而受到广泛关注.本文主要从纤维、界面层、基体与应用四方面评述了近年来国内外的研究进展.SiC纤维的性能直接影响了界面层材料与基体制备技术的选择.电泳沉积有望成为一种低成本、节能及对环境无污染的界向层及基体制备技术.在应用方面,作为热结构材料,SiC<,f>/SiC复合材料已经得到了实际应用.核反应堆用SiC<,f>/SiC结构材料的研究到了实际考核验证阶段.高性能SiC纤维的大规模生产是SiC<,f>/SiC广泛应用的前提条件.     

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。     

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.     

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.     

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。     

CVD洁SiC纤维增强树脂基复合材料

本文概述了国内外关于ＣＶＤ法ＳｉＣ纤维增强树脂基复合材料研究的进展情况．ＣＶＤ法ＳｉＣ纤维与树脂基体相容性良好。这类复合材料具有优秀的综合力学性能，其高温性能也大大优于其它树脂基复合材料，是一种很有发展潜力的新型高性能复合材料。     

电泳沉积时间对SiC_f/SiC复合材料性能的影响

针对电泳沉积结合先驱体浸渍裂解的方法制备SiC_f/SiC复合材料过程,探讨沉积时间对SiC纤维及SiC_f/SiC复合材料性能的影响规律。实验结果得出:随电泳沉积时间的延长,SiC纤维逐渐被腐蚀,致使其单丝强度下降;而在SiC纤维表面覆盖PyC涂层可以有效地保护SiC纤维,由于悬浮液中的通电作用,Py C涂层与SiC纤维的界面结合强度略有降低,纤维单丝强度随电泳时间的延长先增大后减小。5 min的电泳沉积结合9个周期的PIP得到了SiC_f/SiC复合材料最大的弯曲强度为731 MPa,随后其力学性能随着沉积时间的延长先降低后略微回升;SiC_f/SiC复合材料的热导率随沉积时间的延长先增大后减小,10 min电泳沉积得到了常温下SiC_f/SiC复合材料的最大热导率为4.658 W/(m·K)(25℃)。     

纤维氧化处理对SiCsf/SiC复合材料力学性能的影响

以Y2O3、Al2O3为烧结助剂,采用无压烧结法制备短碳化硅纤维(2～4mm)增强碳化硅(ShortSiCfiberreinforcedSiCcomposite,SiCsf/SiC)复合材料,研究了纤维氧化处理对SiCsf/SiC复合材料结构及力学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及力学性能试验机对材料进行结构表征和力学性能测试。结果表明:纤维氧化处理后,复合材料的弯曲强度和断裂韧性均有大幅提高。当纤维含量达到5wt%时,复合材料断裂韧性为5.41MPa.m1/2,与原始纤维增强SiC样品相比,提高了6.5%;与无纤维增强SiC样品相比,提高了27%。扫描电镜显示纤维氧化处理后,纤维与基体结合紧密。     

短切SiC纤维含量对SiCsf/LAS复合材料性能的影响

用热压烧结法制备了不同纤维含量的SiCsf/LAS玻璃陶瓷复合材料,研究了该复合材料的微观结构、力学性能和微波介电性能。结果表明:随着SiC纤维含量的增加,SiCsf/LAS材料的抗弯强度先增加后降低,最大值为104MPa。由于碳界面层的形成,SiCsf/LAS比LAS具有更高的介电常数。当SiC短切纤维的质量分数为1.5%时,SiCsf/LAS复合材料介电常数具有最大值,其实部ε′和虚部ε″均值分别为48和66,并具有明显的频散效应。     

原位生长SiC纳米纤维及其对C/C-ZrC复合材料耐烧蚀性能的影响北大核心

采用化学气相反应法在C/C复合材料上原位生长SiC纳米纤维,然后通过高温熔渗反应制备C/C-SiC-ZrC复合材料。通过XRD、SEM、等离子体烧蚀设备分别对其结构、形貌和耐烧蚀性能等进行分析研究。结果表明:C/C复合材料表面生长的SiC纳米纤维直径介于100 nm与1μm之间,最佳反应温度在1500℃左右。等离子体枪烧蚀30 s后,C/C-ZrC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为-0.32 mg/s和2.57μm/s;而C/C-SiC-ZrC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为-0.24 mg/s和1.66μm/s,生长了SiC纳米纤维的C/C-ZrC复合材料展示了更优异的耐烧蚀性能。     

单颗磨粒划擦SiCf/SiC复合材料试验研究

为研究纤维增强SiC陶瓷基复合材料磨削机理,进行单颗磨粒划擦试验.搭建试验平台,采用电镀后的单颗金刚石磨粒划擦SiCf/SiC复合材料,实时采集划擦力.利用SEM图像对材料去除后的表面与存在的表面损伤形式进行表征,从而揭示磨粒形状、划痕深度与SiC纤维取向对磨削机理的影响.试验结果表明,SiCf/SiC复合材料划擦过程...     

碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的研究进展

碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能，是航空航天和能源等领域新的高温结构材料研究的热点之一．本文回顾了增强体碳纤维的发展，对材料的成型制备工艺，材料的抗氧化涂层研究进展和现有的一些应用做了综述，并展望了碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景．     

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料研究进展

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基(SiC/SiC)复合材料具有轻质、耐高温、抗氧化的优异特性,在航空领域,如航空发动机的热端构件、高温结构功能一体化构件,航天及空天飞行器热防护结构部件、动力系统热端部件等领域具有广泛的应用前景,受到美国、欧洲、日本等国研究人员的广泛关注。本文从组成、制备工艺、加工工艺和考核应用等方面,综述了SiC/SiC复合材料的国内外研究进展,并指出了目前面临的问题和机遇。     

SiC陶瓷及其复合材料连接的研究进展

SiC陶瓷及其复合材料（SiCf／SiC、Cf／SiC）由于具有优良的高温强度、耐磨和抗腐蚀的性能而被广泛关注，而SiC陶瓷及其复合材料的连接是获得这一性能的关键技术之一。综述了SiC陶瓷及其复合材料连接的一般方法和连接技术，同时指出了连接技术的发展趋势。     

三维针刺C/SiC复合材料无纬布纤维方向对材料力学性能的影响

通过化学气相渗透法结合反应熔体浸渗法制备了三维针刺C/SiC复合材料,采用扫描电子显微镜观察材料的显微结构,并研究了无纬布纤维方向对材料力学性能的影响.结果表明,三维针刺C/SiC复合材料由O°无纬布层、短纤维胎网层、90°无纬布层以及针刺纤维束组成,无纬布层纤维方向对材料性能有显著影响.试样的拉伸强度和弯曲强度随着无纬布纤维方向与试样长度方向的夹角θ(0 ～45°)值的增大而减小,面内剪切强度和冲击韧性随θ角的增大而增大.     

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     

改性SiC短切纤维体积分数对SiCsf/LAS复合材料介电性能的影响

以改性SiC短切纤维为添加剂,用热压法制备了SiCsf/LAS复合材料,考察了纤维的显微结构以及纤维和复合材料在8.2～12.4GHz频率范围内的微波介电性能。结果表明,当SiC纤维的体积分数为2.92时,纤维混合体介电常数实部、虚部最大,分别为38～25、40～20。高复介电常数的SiC纤维使SiCsf/LAS复合材料比LAS具有更高的介电常数,材料中无富碳界面层的形成。当SiC纤维的体积分数为3时,复合材料介电常数实部、虚部以及损耗角正切值最大,其均值分别为58、25和0.45。     

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。     

裂解碳包覆对SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基复合材料性能的影响

以SiC纳米纤维(SiC_nf)为增强体,通过化学气相沉积在SiC纳米纤维表面沉积裂解碳(PyC)包覆层,并与SiC粉体、Al₂O₃-Y₂O₃烧结助剂共混制备陶瓷素坯,采用热压烧结工艺制备质量分数为10%的SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基(SiC_nf/SiC)复合材料。研究了PyC包覆层沉积时间对SiC_nf/SiC陶瓷基复合材料的致密度、断裂面微观形貌和力学性能的影响。结果表明:在1 100 ℃下沉积60 min制备的PyC包覆层厚度为10 nm,且为结晶度较好的层状石墨结构;相比于纤维表面无包覆层的复合材料,复合材料的断裂韧性提高了35%,达到最大值(19.35±1.17) MPa·m^1/2,抗弯强度为(375.5±8.5) MPa,致密度为96.68%。复合材料的断裂截面可见部分纳米纤维拔出现象,但SiC_nf/SiC陶瓷基复合材料界面结合仍较强,纳米纤维拔出短,表现为脆性断裂。