高温循环下SiC-C/SiBCN复合材料的力学性能研究

采用化学气相沉积(CVD)结合前驱体浸渍裂解(PIP)技术制备了SiC涂层的C/Si C和C/SiBCN复合材料,研究了高温循环氧化对2种复合材料弯曲性能的影响。结果表明,与SiC-C/SiC相比,SiC-C/SiBCN复合材料的平均室温抗弯曲强度约为605 MPa,增幅达到126.6%。在1000和1200℃循环3次后,Si C-C/SiBCN的剩余抗弯曲强度分别为417和342 MPa,强度保留率分别为68.9%和56.5%,显著优于SiC-C/Si C复合材料。与PIP SiC陶瓷基体相比,Si BCN基体的孔隙率更低,高温下SiBCN氧化后形成SiO_2和B_2O_3,可以更好地降低O_2的透过率,提高材料的抗氧化性能和强度保留率。     

SiC 涂层对不同碳基体氧化防护行为的研究

为了提高碳材料的抗氧化性能,采用料浆烧结法在石墨和C/C复合材料上制备了SiC 抗氧化涂层.测试了SiC涂层在1200℃的高温下对不同碳基体的氧化防护能力,利用扫描电子显微镜 (SEM)、X-射线衍射仪(XRD)对涂层结构进行分析.结果表明:SiC涂层对不同碳材料的抗氧化防护行为有很大差异,在1200℃的高温下SiC涂层对石墨具有较好的抗氧化性能,而对C/C复合材料的氧化防护性能较差.     

工艺对C/SiC复合材料结构与性能的影响

介绍一种化学气相渗透与先驱体浸渍裂解联用(CVI-PIP)的工艺制备碳毡增强SiC复合材料,采用SEM分析复合材料的显微结构,采用三点弯曲法测试复合材料的力学性能,结果显示在复合材料致密化过程早期,CVI工艺致密化效率明显高于PIP工艺;与完全采用PIP工艺制备C/SiC复合材料相比,采用CVI-PIP工艺可提高复合材料的致密化效率和致密化程度,复合材料残留孔隙率从18.86%下降到5.45%;相应的,C/SiC复合材料的抗弯强度与弹性模量分别从66.43 MPa和38.43 GPa增加到112.16 MPa和68.49 GPa;采用CVI-PIP联用工艺同时能够增加复合材料与其表面CVD涂层的结合性能.     

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.     

（SiCp＋C）／MoSi2复合材料的组织结构及力学性能

通过热压烧结工艺制得了(SiCp+C)/MoSi2复合材料,分析了材料的组织结构、室温和高温力学性能.结果表明(SiCp+C)/MoSi2复合材料主要由MoSi2(大量)、a-SiCp(大量)、Mo5Si3(多量)和β-SiC(少量)组成,密度为5.12g/cm3,相对密度为91%;增强相的粒径＜30μm,体积分数为39%.材料室温硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为12.2GPa,530MPa和7.2MPa@m1/2;在800℃的维氏硬度为8.0GPa,1200℃和1400℃的抗压强度分别为560MPa和160MPa.与非增强MoSi2相比,材料的各种力学性能都有大幅度的提高.     

浸渗温度对SiC/Al双连续相复合材料界面组织和导热性的影响

采用原位反应无压浸渗工艺,制备了Si C/Al双连续相复合材料,研究烧结温度对Si C/Al双连续相复合材料的导热性能的影响,观察Si C/Al双连续相复合材料的表面形貌。结果表明:Al合金熔体在无压下能渗入三维网状Si C多孔陶瓷孔隙,形成组织均匀具有网络贯穿结构的Si C/Al双连续相复合材料。浸渗温度对复合材料的导热系数影响很大,当浸渗温度为900、1000、1100和1200℃时,复合材料室温下的导热系数分别为167.4、160、154和152 W/(m·K),与浸渗温度900℃相比,浸渗温度1200℃复合材料室温下的导热系数下降了9%。因此,在保证浸渗完全的情况下,随着浸渗温度的升高,复合材料的导热性能越来越差,这主要是由于高温下熔融Al液与Si C陶瓷之间发生界面反应所致;适当地降低熔渗温度可以减缓界面反应的程度,从而提高复合材料的导热性能。本实验的最佳工艺条件为N2气氛,900℃保温3 h。     

基于非均匀成核法制备ZrB2/B4C陶瓷复合材料

以ZrOCl2·8H2O和B4C为主要原料,采用非均匀成核法、原位生成和无压烧结技术制备出ZrB2/B4C陶瓷复合材料.重点探讨了烧结温度对ZrB2/B4C陶瓷复合材料组织结构和性能的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,ZrB2/B4C陶瓷复合材料的密度和硬度均为先升高后降低.材料的最佳烧结温度为2060 ℃,烧结时间为0.5 h.在最佳烧结工艺条件下,ZrB2/B4C陶瓷复合材料的相对密度、硬度和断裂韧性分别为96% T.D,42.3 GPa和4.7 MPa·m1/2.     

三维正交Cf/Al复合材料的显微组织与弯曲性能

采用真空压力浸渗法制备了Cf体积分数为50%的三维正交Cf/Al复合材料,主要研究了复合材料的显微组织以及室温、高温下的弯曲性能,并分析了复合材料弯曲失效机理。结果表明,三维正交Cf/Al复合材料经向显微组织的微孔缺陷较纬向显微组织要略多,复合材料在室温、350℃和400℃时,弯曲强度分别为498.8、363.0、303.0 MPa,弯曲模量分别为70.8、63.7、65.6GPa。其中,弯曲失效主要由于内侧面受压应力导致经向纤维束屈曲变形,纬向纤维束形态较完好;外侧面受拉应力导致复合材料拉伸破坏,存在纤维拔出现象。     

SiO2陶瓷复合材料高温介电性能研究

在室温至1000℃范围内,采用谐振腔法测试SiO2陶瓷复合材料介电性能随频率、温度的变化规律,根据电介质理论,并结合材料本身的成分及结构特征,讨论了SiO2陶瓷复合材料介电性能变化的物理本质.利用高温XRD分析了SiO2复合材料从室温至1500℃之间的相组成变化,推测出SiO2复合材料介电性能受相变影响的温度为1500℃.     

TiNiSMA丝增强AZ31镁合金复合材料的制备及性能

采用真空热压法制备了体积分数为12.8%的TiNi丝增强镁合金基复合材料,通过光学显微镜、SEM、EDS、DSC以及拉伸试验研究了复合材料的微观组织结构及力学性能。结果表明：制备的复合材料界面结合良好,基体中的Mg元素以及TiNi合金中的Ti、Ni元素均发生了扩散,形成约1μm的互扩散层。复合材料在高温条件下的力学性能优于室温,100℃下复合材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量比室温条件下分别提高了61MPa、41MPa和6.05GPa,150℃下复合材料的屈服强度、抗拉强度和弹性模量比室温条件下分别提高了39MPa、72MPa和12.19GPa。     

热处理纤维增强碳基复合材料的力学性能和抗氧化性能

以不同温度热处理纤维为增强体,以酚醛树脂为碳基体先驱体,利用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备碳纤维增强碳基(C/C)复合材料。微观形貌观察发现纤维热处理能够改变C/C多孔体(经过一次裂解后)的孔隙尺寸和分布模式。力学性能测试发现,随着热处理温度提高,C/C复合材料的力学性能不断提高,对纤维进行1200℃热处理后,C/C弯曲强度和层间剪切强度分别提高了1.58倍和1.21倍,同时失效模式由脆性断裂转变为假塑性断裂。抗氧化性能研究发现,600℃热处理纤维增强材料的抗氧化性能提升,而更高温度的纤维热处理导致材料抗氧化性能下降。C/C复合材料性能变化的主要原因是热处理降低纤维表面的反应活性,使得C/C获得结合适宜的纤维/基体界面。     

导热性能如同铝的碳/碳复合材料

据加利福尼亚州的 BFGoodrich Suppertemp报道 ,一种导热性能几乎和铝一样好而质量仅有铝的 2 / 3的低模量碳 /碳复合材料板材被研制成功。这项工作得到 Lockheed Martin宇航独立研究与发展计划 D- 90 D的支持。碳 /碳复合材料是碳纤维增强碳基复合材料。依据广泛的材料研究 ,L ockheed Martin认定低模量碳 /碳复合材料是迅速散逸热量的最佳材料。碳 /碳复合材料的表面热导率和透过热导率都是随热处理温度的升高而逐渐升高。高温热处理 ( 2 2 0 0℃～30 0 0℃ )导致碳基体的石墨化从而导致高热导率 ,二维碳 /碳复合材料板材可提供约 4 0…     

SiC-Glass涂层碳/碳复合材料的中低温氧化行为及机制研究

为揭示具有良好高温(1300～1600 ℃)抗氧化性能的SiC-Glass涂层在中低温(500～1200 ℃)条件下的氧化防护性能,对SiC-Glass涂层碳/碳(C/C)复合材料的中低温氧化行为和机制进行了系统研究.结果表明,SiC-Glass涂层C/C复合材料的中低温氧化失重服从直线规律,但氧化机制存在温度依赖性,可分为2个区段:(1) 低温区(500～800 ℃),氧化失重速率与温度服从Arrhenius关系,氧化主要受控于氧在涂层缺陷内的扩散速率;(2) 在中温区(800～1200 ℃),氧化失重速率与温度不服从Arrhenius关系,氧化过程受氧在涂层缺陷中的扩散、SiC内涂层材料的氧化、Glass外涂层的部分熔融愈合等多种因素联合控制.对比分析表明,SiC-Glass涂层的中低温抗氧化性能不及其高温抗氧化性能优异.中低温下,涂层缺陷愈合不充分是导致这一现象的主要原因.     

非晶碳涂层的摩擦磨损性能研究

采用多源磁控溅射物理气相沉积法在单晶硅表面制备梯度变化非晶碳涂层(类金刚石薄膜),通过调整工艺参数获得厚度在1～2μm的涂层.采用MML多功能纳米性能测试系统测试了非晶碳涂层的纳米硬度和弹性模量.采用CETR UTM-2型显微摩擦测试仪测试了非晶碳涂层在不同载荷下的摩擦磨损行为.结果表明,涂层具有较高的硬度和弹性模量,可以分别达到12.5GPa和184GPa;涂层在不同的载荷下具有较好的摩擦性能,摩擦因数基本保持在0.1左右,磨损率达到10-9 mm3/ N·m数量级.     

碳基金属复合材料

碳素材料在惰性气氛中使用可耐3皿D℃以上的高温,是最耐热的高温材料之一。同时还是轻质、加工性好且廉价的材料,所以被广泛用于作为电极材料、高温炉材、涂料等等．在体育用品、飞行器等高技术领域中常用的碳纤维,具有极高的强度特性,可与金属、塑料、陶瓷、碳素等各种基体制成复合材料,用途广泛。碳基金属复合材料的制造方法是白先把单取向碳（UDC）／碳（C）复合材料在预热炉中加热到一定温度,然后浸入到装满熔融铝的浴祸中,在施加一定的高压下熔融铝则浸入到UDC／C复合材料内部气孔（孔径＜Ivm）中。在制造这种浸铝碳基复合…     

原位纳米TiC_p增强AZ91复合材料的制备和力学性能

通过预球磨和低温球磨原位制备了尺寸约300nm的TiCp与铝的复合颗粒,采用搅拌铸造法将复合颗粒与镁合金复合,制备了TiCp/AZ91复合材料,并研究了材料的微观组织和性能。结果表明,通过低温球磨可以原位生成TiCp/Al复合颗粒,搅拌能够将复合颗粒搅入镁合金中。TiCp体积分数低时(3%),制备的复合材料中TiCp分布比较均匀;体积分数较高时,TiCp沿晶界分布倾向增大;当体积分数达到7%时,TiCp主要沿晶界分布。性能测试结果表明,复合材料的室温抗拉强度达287.72MPa,弹性模量达69.23GPa。200℃下抗拉强度达245.49MPa,弹性模量达到51.32GPa。复合材料的蠕变性能为:170℃和55MPa以及175℃和60MPa下100h总蠕变量分别为0.182%和0.191%。细小的增强颗粒对位错和晶粒边界的钉轧作用是导致复合材料具有良好的高温拉伸和蠕变性能的原因。     

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.     

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。     

用反应烧结和反应熔化法制取TiAl—TiB2复合材料

Ti Al基合金的优点是密度低、比强度高、刚度大、抗裂纹稳定性好 ,耐热可达90 0℃～ 10 0 0℃ ,Ti- Al的强力共价键可保证它有高的扩散激活能 ,从而能在 90 0℃以下阻止蠕变过程的发展。Ti Al的室温弹性模量为 16 0 GPa～ 175 GPa,高于一般钛合金(10 0 GPa) ,但低于镍基高温合金 (2 0 0GPa)。随温度的升高其弹性模量下降 ,至90 0℃～ 10 0 0℃时为 15 0 GPa,接近于镍基高温合金值。如以 Ti Al取代钛基、镍基和铁基材料并以 Ti Al为基做成复合材料 (KM)可减轻零件质量 2 0 %～ 5 0 % ,与传统的耐热合金相比 ,Ti Al复合材料在空气中…     

低弹性模量Ti/W多孔复合材料的组织和力学性能

利用粉末冶金法制备了Ti/W(15wt%)颗粒增强多孔复合材料,对其抗弯强度和弹性模量进行了测试。利用环境扫描电镜(ESEM)观察了微观组织、断口形貌,并分析了它们与力学性能之间的关系;利用X射线能谱仪分析了Ti/W多孔复合材料中的元素含量和分布情况。结果表明,Ti/W(15wt%)颗粒增强多孔复合材料的三点弯曲强度为603MPa,弯曲弹性模量为26.4GPa;复合材料存在许多孔洞且孔洞内壁圆润光滑,这些均匀分布的孔洞是获得低弹性模量复合材料的主要原因。