电泳沉积-烧结两步法制备C/SiC复合材料

采用电泳沉积法在石墨基体上制备厚度可控的Si涂层,考察了电泳沉积参数(电压、沉积时间、固含量及添加剂量)对涂层沉积量的影响。所制备的Si涂层通过烧结与石墨基体发生在位反应形成SiC涂层。涂层成分的XRD分析表明烧结后生成β-SiC。用SEM观察涂层烧结前后的形貌,烧结后Si渗入基体内部。孔径分布数据表明所形成的SiC涂层导致石墨孔径变小。1200℃的抗氧化实验表明涂层起到了良好的防护作用。实验提供了一种制备C/SiC复合材料的新方法。     

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。     

电泳沉积时间和热处理对碳纳米管增强C/SiC复合材料力学性能的影响

采用电泳沉积法结合化学气相渗透技术制备碳纳米管二次增韧的连续碳纤维增韧碳化硅(CNTs-C/SiC)复合材料。通过改变热解碳(PyC)界面上电泳沉积CNTs的时间,控制C/SiC复合材料中CNTs的含量,通过测试拉伸强度和断裂功,研究了CNTs含量及热处理对复合材料力学性能的影响。结果表明:在C/SiC复合材料PyC界面层上电沉积CNTs,能够大幅提高材料的拉伸强度和韧性。电沉积CNTs时间为5、8和10min时,CNTs-C/SiC复合材料的拉伸强度和断裂功分别提高了10.7%、39.3%、45.2%和31.1%、35.9%、46.5%。对未电沉积、电沉积8和10min的CNTs-C/SiC复合材料进行1 800℃热处理,发现材料的拉伸强度分别提高了64.4%、39.4%和49.5%。     

SiC微粉加入对PIP法制备3D-Cf/SiC复合材料的影响

本文采用聚合物先驱体浸渍-裂解法(Precursor infiltration pyrolysis,PIP)制备出三维碳纤维增强SiC基复合材料(3D-C/SiC),研究了不同含量的SiC微粉对其制备周期、材料致密性和材料抗弯强度的影响.实验结果表明,先驱体溶液中加入适量SiC微粉可缩短3D-C/SiC的制备周期.材料致密度与抗弯强度随着先驱体中纳米SiC含量增加而不断增强,当含量达到11.76％时,材料致密度与抗弯强度达到最高,继续增加SiC微粉含量材料致密度与抗弯强度呈下降趋势.     

浆料中SiC粉含量对PIP法Cf/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以三维碳纤维编织物和硅树脂(SR249)为原料,采用先驱体转化法(PIP)制备了Cf/Si-O-C复合材料,考察了浆料中SiC粉含量对Cf/Si-O-C的结构与性能的影响.结果表明:由于浆料中SiC粉含量的不同,复合材料的性能与结构具有明显差异.随着浆料中SiC粉含量的增加,Cf/Si-O-C材料的气孔率降低,纤维/基体界面结合减弱,导致其力学性能有明显提高.     

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。     

纳米SiO2对先驱体浸渍裂解法制备SiCf/SiC复合材料力学性能的影响

以纳米SiO2为填料,采用先驱体浸渍裂解法制备2.5D-SiCf/SiC（D为维数,SiCf为SiC纤维）复合材料,研究了前驱液中纳米SiO2含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,纳米SiO2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,但过量引入易导致浸渍液黏度过高,浸渍效率降低。纳米SiO2含量对材料力学性能有较大影响,添加纳米SiO2后材料的抗弯强度和断裂韧性均高于没有添加的样品,材料抗弯强度随纳米SiO2含量的增加先增大后降低。当浸渍液中纳米SiO2含量为6%时,复合材料具有优异的力学性能,抗弯强度达到211.1MPa。     

热压辅助先驱体裂解制备Cf/SiC复合材料的研究

以聚碳硅烷为先驱体 ,采用先驱体转化法制备三维编织Cf SiC复合材料。研究发现 ,第一次裂解时采用热压辅助可以明显提高材料的致密度和力学性能。第一次在 160 0℃、10MP的条件下热压裂解 60min ,后续真空浸渍—常压裂解处理五个周期所制得的材料具有较高的力学性能 ,其弯曲强度和断裂韧性分别为 5 64MPa、16MPa·m1 2 。讨论了制备工艺对材料结构和性能的影响     

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.     

溶液中钙离子对玻璃颗粒电泳沉积的影响

研究了玻璃颗粒在乙醇溶液中对Ca^2 的选择吸附，反转了玻璃颗粒在乙醇中的荷电性质，使玻璃颗粒能够在乙醇中与羟基磷灰石发生共沉积。讨论了不同离子浓度下电泳沉积的沉积量与沉积电流的变化情况，并以此对Ca^2 在电泳沉积中的作用进行了分析。实验结果证实：悬浮液中Ca^2 或吸附到玻璃颗粒上，改变其荷电性质；或留在溶液中，作为电泳沉积过程中电流的主要承载者。离子浓度对电泳沉积的效果有重要的影响，离子浓度太低或太高都易使涂层出现缺陷。分析了不同沉积条件下电泳沉积所得涂层的各种缺陷及其成因。     

沉积温度对碳/碳复合材料密度均匀性的影响

采用快速化学液相气化渗透法制备了二维碳／碳复合材料。用Leica定量金相分析仪及Archimedes排水法测定了不同沉积温度制备的样品沿径向的孔隙率及密度分布，同时用扫描电子显微镜观察了样品的低倍形貌及孔隙率分布。实验结果表明：定量金相观察计算得到的孔隙率值略大于排水法测得的孔隙率值；当沉积温度≤1200℃，随着沉积温度的升高，沉积得到的材料残留孔隙率降低，密度升高，样品沿径向密度分布比较均匀，基本上不存在密度梯度或分布不均匀现象。沉积温度为1250℃时，孔隙分布也比较均匀，但样品内残留孔隙较多且大。     

模压成型工艺对复合材料性能影响

本文介绍了压机起始加压和弹中压两种模压方式对中温固化增韧环氧树脂／823玻璃布复合材料性能的影响。     

SiCW／TZP陶瓷复合材料电泳沉积电极反应动力学研究

研究了电极过程对ＳｉＣＷ／ＴＺＰ复合材料电泳沉积成型动力学的影响。实验结果表明：电泳沉积是由带电颗粒的电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个串联过程所组成，其中较漫的步骤成为控制电泳沉积成型速率的关键步骤。电泳迁移遵循电泳规律，而沉积过程遵循电化学规律。随着ｐＨ值从低到高，电泳沉积成型由电泳控制向沉积控制转变，转变点处成型速率最大。实验还发现电泳沉积成型也存在过电位，过电位的大小取决于固体颗粒的化学组     

纤维类型对C_f/SiC复合材料力学性能的影响

本工作以AlN和Y2 O3为烧结助剂 ,采用先驱体转化 -热压烧结的方法制备出了Cf/SiC复合材料 .研究了纤维类型影响复合材料力学性能的本质原因 .由于T3 0 0纤维的制备温度明显低于M 40JB纤维的制备温度 ,因此 ,与M 40JB纤维相比 ,T3 0 0纤维的石墨化程度较低且含有较多的杂质 ,从而导致T3 0 0纤维表面的活性强 ,而M 40JB纤维表面的活性较弱 .正是这种结构和成分的差别 ,使T3 0 0纤维与基体的结合较强 ,而M40JB纤维与基体的结合较弱 ,因此以T3 0 0纤维为增强相的复合材料呈现脆性断裂 ,而以M 40JB纤维为增强相的复合材料则呈现韧性断裂 ,该复合材料具有较好的力学性能     

CVD沉积密度对2-D炭/炭复合材料力学性能的影响

将CVD法增密至1.34g/cm^3和1.61g/cm^3的两组试样热处理后进行力学性能测试，作为对比，将另外两组起始密度相近的样品经过树脂补充增密至1.80g/cm^3以上，经热处理后也作了力学性能检测。检测结果发现，对纯CVD法增密的试样来说，密度高的样品的力学性能值也较高；树脂浸渍补充增密后，样品的和力学性能明显优于纯CVD的低密度试样，浸前CVD起始密度高的样品的力学性能值也相对较高。对材料的力学性能初步分析认为，C／C复合材料的力学性能和失效方式不仅受材料密度的影响，而且也受基体炭种类，性质，如可石墨化，热处理温度等因素影响。相同条件下，石墨化度高的样品力学性能值偏低。     

碳纤维对C_f-HA/PMMA复合材料力学性能的影响

采用原位合成和溶液共混相结合的方法,制备了短切碳纤维(Cf)增强纳米羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)/聚甲基丙烯酸甲酯[poly(methyl methacrylate),PMMA]生物复合材料(Cf-HA/PMMA).重点研究了短切碳纤维对Cf-HA/PMMA复合材料的微观结构和力学性能的影响.采用万能材料试验机测试了Cf-HA/PMMA复合材料的力学性能,使用扫描电子显微镜对材料微观形貌进行了测试和表征.结果表明:采用浓硝酸和二甲基亚砜处理后的碳纤维与PMMA基体的界面结合性得到有效改善,显著提高了Cf-HA/PMMA复合材料的力学性能;碳纤维和HA的质量分数分别为4%和8%,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和压缩强度均达到最佳值.     

单向Cf/SiC复合材料的弯曲疲劳性能

对单向Cf/SiC复合材料进行了三点弯曲疲劳性能测试,得到了复合材料的应力－寿命曲线（S－N曲线）,并对其进行线性拟合,得到疲劳最大应力与复合材料疲劳寿命的关系;考察了疲劳过程中刚度下降和疲劳裂纹产生情况。结果表明在疲劳过程中复合材料的弯曲模量有3个变化阶段：首先在疲劳加载初期,弯曲模量的下降速度及幅度都较大;其次在弯曲模量下降到原始弯曲模量的85％（133GPa)后,其变化方式没有明显的规律可循,有时甚至可能上升;最后复合材料发生疲劳断裂时,模量将发生突变。显微结构分析表明：基体横向裂纹群的产生是疲劳断裂的独有特征。它的产生是由于基体SiC的断裂应变小于碳纤维的断裂应变,基体首先开裂并导致应力重新分布的结果。     

温度载荷对复合材料热力学性能的影响

由于复合材料内部纤维与树脂的热膨胀系数差异很大,尤其是树脂性能对温度载荷较为敏感,服役时复合材料环境的高低温变化将使其热力学性能与常温状态产生较大差异。采用Maxwell本构模型,探讨了温度变化对树脂材料本构关系的影响。假设纤维为稳定材料,即其性能不随温度变化,依据复合材料细观力学理论选择六边形代表体积元为分析对象,建立了复合材料在温度载荷下热力学的本构模型。并分别讨论了温度载荷下复合材料内部纤维体分比和纤维排列方式变化对其热力学性能的影响,实现了热-力耦合作用下复合材料的跨尺度分析。