炭纤维编织方式对C/C-SiC复合材料弯曲强度和抗氧化性能的影响

选用聚碳硅烷(PCS)为前驱体,分别将3D编织和2.5D编织的C/C复合材料,由初始密度1.32 g/cm3制备成密度为1.70g/cm3的C/C-SiC复合材料,测试了它们的弯曲强度和抗氧化性能,并分析了微观结构。实验表明:3D编织的C/C-SiC复合材料具有更高的平均弯曲强度,达到226.1 MPa;两种C/C-SiC复合材料均具有相当优异的抗氧化性,1 000℃下,2 h最大氧化失重率不到5%,但2.5D编织的C/C-SiC复合材料抗氧化性能更优异。     

C/C预制体密度对C/C-SiC复合材料致密性及弯曲性能的影响

以纳米SiC粉为惰性填料,采用先驱体浸渍裂解法制备C/C-SiC复合材料,研究了C/C预制体密度对复合材料致密性和弯曲性能的影响。结果表明,纳米SiC粉的添加能有效抑制先驱体裂解过程中的体积收缩,提高致密度。C/C预制体密度对制得的复合材料性能有很大的影响,其中用密度为1.24 g/cm3的C/C预制体制得的复合材料试样性能最优,其最终密度为1.80g/cm3,开孔率为7.32%,弯曲强度达220 MPa。     

先驱体转化法制备C/C-SiC复合材料研究

以多孔C/C复合材料为预制型,聚碳硅烷(PCS)为先驱体,制备了C/C-SiC复合材料。研究了浸渍液浓度和不同C/C复合材料预制体密度等级对C/C-SiC复合材料的密度和力学性能的影响。结果表明:当浸渍液浓度为50%时,复合材料的密度均达到最佳值;不同的预制体密度对制得的复合材料性能有很大的影响,其中初始密度为1.2g/cm3试样制得的复合材料性能达到最优,其密度达到1.786g/cm3,弯曲强度达204.1MPa,剪切强度为16.1MPa,断裂韧性为6.83MPa·m1/2。     

C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料力学性能和微观结构的影响

研究C/C预制体密度和反应温度对RMI法制备C/C-SiC复合材料密度、弯曲强度和微观结构的影响。实验通过化学气相渗透法(CVI)制备密度分别为1.2g/cm~3、1.4g/cm~3和1.6g/cm~3的低密度C/C多孔预制体,采用反应熔渗法(RMI)制备密度分别为2.21g/cm~3、2.18g/cm~3和1.82g/cm~3的C/C-SiC复合材料;将CVI制备的低密度C/C多孔预制体,采用RMI法在1500℃、1650℃和1800℃的反应温度下制备密度分别为1.79g/cm~3、2.18g/cm~3和2.41g/cm~3的C/C-SiC复合材料。结果表明:随着C/C预制体密度增加,C/C-SiC复合材料密度不断降低,弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在C/C预制体密度为1.4g/cm~3时,材料的性能达到最优状态,材料的密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa;随着RMI反应温度增加,C/C-SiC复合材料密度不断升高,材料弯曲强度呈先上升后下降的趋势,在反应温度为1650℃时,材料性能达到最优状态,材料密度为2.18g/cm~3,弯曲强度为196.7MPa。     

裂解升温速率对C／C—SiC复合材料性能的影响研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了C/C-SiC复合材料,研究了先驱体转化过程中不同裂解升温速率对材料力学和抗氧化性能的影响。结果表明:以较低的裂解升温速率制备的C/C-SiC复合材料的力学和抗氧化性能较好。采用20℃/h裂解升温速率制得的C/C-SiC复合材料的弯曲强度达278 MPa,在1400℃氧化2 h后,失重率为3.1%。     

先驱体浸渗裂解法制备C/C-SiC复合材料的烧蚀性能

用先驱体浸渗裂解法制备了碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)-SiC复合材料,用H2-D2火焰法检测其烧蚀性能.结果表明:C/C-SiC复合材料的烧蚀率随复合材料中的Si含量的增加而呈下降趋势;经过5次浸渍,C/C-SiC复合材料的密度从1.46 g/cm3增加到1.75 g/cm3,Si含量从5.06%增加到13.8%,线烧蚀率和质量烧蚀率分别下降474%和34.5%.密度为1.75g/cm3的C/C-SiC复合材料,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为2.22 μm/s和1.289 mg/s,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为密度1.78 g/cm3的C/C复合材料的21.7%和78.6%.基体中SiC的引入明显提高了C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能.     

纤维种类对C/C-SiC复合材料力学性能的影响

分别以PAN基预氧丝和炭纤维为原材料,采用准三维针刺工艺制备2种纤维预制体,然后采用化学气相渗积(CVI)工艺制备出密度相近的C/C复合材料坯体,最后对坯体进行熔融渗硅处理得到C/C-SiC复合材料,研究了纤维种类对C/C-SiC复合材料力学性能和断裂机理的影响。结果表明:纤维种类对C/C-SiC复合材料的力学性能和断裂机理有显著影响,炭纤维增强C/C-SiC复合材料的弯曲强度较高,达到140.3 MPa,断裂失效模式为"假塑性"断裂;预氧丝C/C-SiC复合材料的弯曲强度较低,为112.6 MPa,呈脆性断裂。产生以上结果的主要原因是增强纤维的力学性能不同,纤维表面形貌不同,进而导致所制备的C/C-SiC复合材料增强纤维与基体的结合强度不同。     

C/C多孔体对C/C-SiC复合材料微观结构和弯曲性能的影响

以4种纤维含量相同(32%,体积分数,下同),用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)法制备了4种密度的碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)多孔体,基体炭含量约20%～50%.利用液相渗硅法(liquid silicon infiltration,LSI)制备了C/C-SiC复合材料,研究了C/C多孔体对所制备的C/C-SiC复合材料微观结构和弯曲性能的影响.结果表明:不同密度的C/C多孔体反应渗硅后,复合材料的物相组成均为SiC,C及单质Si;随着C/C多孔体中基体炭含量的增加,C/C-SiC复合材料中SiC含量逐渐减少而热解炭含量逐渐增加.C/C-SiC复合材料弯曲强度随着材料中残留热解炭含量增加而逐渐增加,热解炭含量为约42%的C/C多孔体所制备的C/C-SiC复合材料的弯曲强度最大,达到320 MPa.     

CVD-SiC涂层对C/C-SiC抗氧化性能及弯曲强度的影响

以针刺预制体为胚体制备C/C-SiC复合材料,在材料表面制备CVD-SiC涂层,研究涂层及未涂层试样的抗氧化性能及弯曲性能。结果表明:在1 500℃恒温氧化0.5 h和1 h后,C/C-SiC复合材料的氧化失重分别为20.64%和43.85%,弯曲强度分别为91.9 MPa和63.1 MPa;而CVD-SiC涂层C/C-SiC复合材料失重率分别为5.83%和6.43%,弯曲强度分别高达150 MPa和129 MPa。SiC涂层有助于在材料表层氧化形成大量SiO_2保护膜,阻止了材料内部的进一步氧化,从而提高了复合材料的抗氧化性能和力学性能。     

C/C-SiC复合材料的低成本制备及其耐烧蚀性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,酚醛树脂为碳源配制SiC先驱体,以编入了SiC粉末的炭纤维毡为预制体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)与反应熔渗(RMI)相结合的方法制备出密度为1.93 g/cm3的C/C-SiC复合材料。借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜(SEM)对先驱体及复合材料的相组成和微观结构进行分析。采用等离子体烧蚀枪进行烧蚀试验,测试C/C-SiC复合材料的耐烧蚀性能。烧蚀30 s后,材料表面保持完整,无明显裂纹及烧蚀坑,烧蚀中心出现了明显的氧化层及白色粉末状烧蚀产物,材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.137 mg·s-1,5.50μm·s-1。     

SiC含量对C/C-SiC复合材料弯曲强度及抗氧化性能的影响

选用聚碳硅烷（PCS）为前驱体，对密度分别为1．34g／cm^3，1．52g／cm^3和1．62g／cm^3的针刺炭布C／C材料进行液相致密化处理，制得密度达1．75g／cm^3的C／C-SiC复合材料，并与密度为1．85g／cm^3的同结构高密度C／C材料的弯曲强度和抗氧化性能进行了对比分析。结果表明：密度为1．34g／cm^3的C／C材料经过PCS致密化处理，在保持高密度C／C材料的弯曲强度同时，显著提高了材料的抗氧化性能。     

三维碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料的研究

采用结构为(PyC/SiC)n的多层复合模式的界面层,依次用化学气相渗透法和先驱体转化法相结合的增密工艺制备出三维Nicalon-SiCf/SiC陶瓷基复合材料.所研制的材料具有较高的强度,而且表现出优异的韧性和类金属材料非灾难性断裂特征.复合材料的主要性能指标为:体积密度2.42 g/cm3,弯曲强度530 MPa.     

C/C多孔体热处理温度对C/C-SiC复合材料微观结构和热学性能的影响

以针刺网胎无纬布为预制体,采用化学气相渗透(CVI)、压力浸渍树脂/炭化(PIC)及反应熔体浸渗法(RMI)等组合工艺快速制备C/C-SiC复合材料。研究了C/C多孔体的高温热处理温度对C/C-SiC复合材料微观结构和热学性能的影响,结果表明:多孔体经高温热处理后密度有所减小而孔隙率增大;相较于1800℃热处理,多孔体经2200℃热处理后制备的C/C-SiC复合材料密度更大(ρ=2.12g/cm3),孔隙率更低(η=2.7%),SiC基体含量更高(ω=41.11%);C/C-SiC复合材料的比热容和平均热膨胀系数随着温度的升高而增大,而热扩散系数和导热系数随着温度的升高不断减小;多孔体经2200℃热处理后制备的C/C-SiC复合材料X-Y向具有更大的导热系数和更小的热膨胀系数,其室温下的导热系数为83.120W/(m·K),室温~1000℃的平均热膨胀系数为1.608×10-6/℃。     

惰性填料SiC对C/C-SiC复合材料制备及烧蚀性能影响研究

以纳米SiC粉为惰性填料,采用先驱体浸渍裂解法制备C/C-SiC复合材料,研究了不同纳米SiC含量浆料对复合材料致密过程及烧蚀性能的影响。结果表明,不同纳米SiC含量浆料对制得的复合材料性能有很大的影响,添加纳米SiC粉质量分数为16.67%时制得的复合材料性能最优,其最终密度为1.86 g/cm~3,开孔率为6.93%,线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.0041mm/s和0.0013g/s。     

先驱体转化法制备2D C/C-ZrB2复合材料及其性能研究

本文针对C/C复合材料存在高温抗氧化和抗冲刷性能较差等缺点,提出对C/C复合材料进行改性以改善其性能.通过碳布叠层工艺均匀刷涂浆料,采用先驱体转化法制备了三种不同ZrB2含量的2D C/C-ZrB2复合材料,探索ZrB2含量对其力学、抗氧化、抗烧蚀等性能和微观形貌的影响.结果表明:刷涂料浆(ZrB2体积分数10%)制备的复合材料综合性能优异,其弯曲强度为250.37 MPa,断裂韧性为13.84 MPa·m1/2;样品经1200 ℃氧化30 min后质量保留率达到90.65%,强度保留率达到85.14%;经氧乙炔焰烧蚀60 s后,其质量烧蚀率为0.01802 g/s,线烧蚀率为0.01217 mm/s.     

BN纤维织物增强陶瓷透波材料的制备及其力学性能初探

以全氢聚硅氮烷(PHPS)为先驱体,采用聚合物浸渍裂解工艺制备BN纤维织物增强陶瓷透波材料,研究了复合材料的致密化工艺和力学性能。结果表明:先驱体PHPS在1637℃裂解产物主晶相为α-Si3N4。以PIP工艺制备BNf/Si3N4复合材料,经过4个浸渍裂解周期密度达到1·5g/cm3,复合材料的室温弯曲强度达到39·6MPa。裂解过程中,PHPS与BN纤维发生了强界面反应,导致复合材料力学性能不高。     

预制体结构对炭／炭复合材料力学性能影响

四种用于制备炭／炭（C／C）复合材料的预制体，即1K发布叠层坯体（1#坯体），3K发布叠层坯体（4#坯体），发市 炭纸叠层坯体（2#坯体），特殊炭毡 发布叠层坯体（3#坯本），并探索了预制体结构对C／C复合材料力学性能影响．研究表明：用1#坯体制备的C／C复合材料弯曲强度最高，2#坏体制备的材料弯曲强度最低，随著炭纤维（CF）体积含量的增加，用四种坯体制备的材料弯曲强度增大。确定了弯曲强度的优化配方．     

纤维热处理对C/C-SiC复合材料剪切强度的影响

对T300碳纤维在真空环境下,在600、900、1200、1500℃进行热处理,用液硅熔渗反应法(liquid silicon infiltration,LSI)制备了不同微观组织结构的C/C-SiC复合材料。采用光电子能谱分析了热处理对纤维表面结构的影响,用光学显微镜和扫描电子显微镜对材料微观形貌进行了观察分析。采用双槽口剪切法(DNS)测试了C/C-SiC复合材料层间剪切强度(interlaminar shear strengh,ILSS),并分析了纤维热处理对材料剪切性能影响的微观机理。结果表明：碳纤维经热处理后,表面化学成分发生变化,氧含量显著降低,改变了碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced resin matrix composite,CFRP)先驱体中纤维/树脂界面结合强度,从而在CFRP裂解后形成了具有不同微观结构的C/C预制体,通过液Si对不同微结构的C/C预制体进行熔渗,获得具有不同微观结构的 C/C-SiC复合材料;DNS 测试发现碳纤维热处理能够有效改善 C/C-SiC复合材料的层间剪切强度,主要是由于纤维经热处理后制备的C/C-SiC复合材料中,SiC基体相分布较均匀并包裹在碳纤维周围,导致纤维/基体界面结合强度高。经1500℃热处理纤维增强的C/C-SiC复合材料,其剪切强度为34 MPa,与未处理的相比,ILSS提高了33%。     

升温速率和胶层厚度对C/C复合材料弯曲性能的影响

采用炭布/酚醛树脂预浸料铺叠、固化、一次性炭化制备出密度为1.34 g/cm3的C/C复合材料,研究了制备工艺中升温速率和胶层厚度对其弯曲性能的影响。研究表明:升温速率和胶层厚度是C/C复合材料弯曲性能的重要影响因素。当升温速率为2℃/min时,未涂胶的C/C复合材料弯曲强度为43.70 MPa,比升温速率为5℃/min时提高了15.9%,而且所制备的C/C复合材料孔隙结构均匀;当胶层厚度为一层(0.2 mm)时,C/C复合材料的弯曲强度达48.17 MPa,比未涂胶时提高了12.2%,比胶层厚度为三层(0.6 mm)时提高了22.7%,且弯曲测试后裂纹较小,界面结合性较好,呈现塑性断裂。     

PIP法制备C/C-SiC复合材料的工艺研究

以聚碳硅烷为原料,利用前驱体浸渍裂解工艺制备了C/C-SiC复合材料。分别研究了以二乙烯基苯和二甲苯为溶剂的聚碳硅烷溶液的粘度值,选择最佳的溶液对复合材料进行浸渍裂解,同时研究了浸渍工艺对复合材料致密度的影响,并对制备的C/C-SiC复合材料进行了微观结构分析。研究表明:以二甲苯为溶剂配制的质量比为0.4的聚碳硅烷溶液在35°C下具有良好的流动性,裂解产率较高;采用超声、真空加压浸渍方式能够有效提高C/C-SiC复合材料的致密度,缩短制备周期。通过9个周期的浸渍裂解,将复合材料的密度快速提升至1.85 g/cm~3,材料的最终开气孔率为12.50%,材料内部结构致密,力学性能优异。