Fabrication of PyC/SiC Compound Coating on Carbon Fiber Preform and Its Effect on the Properties of Cf/Al Composite

为改善碳纤维与熔融铝合金间的润湿性、减小界面反应程度,采用化学气相沉积（CVD）法在碳纤维预制体表面沉积制备了PyC/SiC复合涂层,利用真空吸渗挤压浸渗工艺制备了Cf/Al复合材料。研究了沉积参数对碳纤维表面涂层的影响,并通过复合材料微观组织分析及材料机械性能测试来反映涂层对Cf/Al复合材料的浸渗质量和性能的影响规律。结果表明：沉积温度对涂层沉积速率影响较大,通过选择合适的沉积温度或者沉积时间,可在碳纤维表面得到厚度均匀的PyC/SiC复合涂层。碳纤维预制体表面涂层的存在可使其与基体合金润湿性良好、界面结合强度适中,形成合适的界面结合状态,有效提高浸渗质量和复合材料性能;并且当PyC涂层、SiC涂层厚度分别为0.068、0.257 μm时,复合材料性能改善效果最佳     

碳纤维预制体表面PyC/SiC复合涂层制备及其对C_f/Al复合材料性能的影响（英文）

为改善碳纤维与熔融铝合金间的润湿性、减小界面反应程度,采用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维预制体表面沉积制备了Py C/Si C复合涂层,利用真空吸渗挤压浸渗工艺制备了Cf/Al复合材料。研究了沉积参数对碳纤维表面涂层的影响,并通过复合材料微观组织分析及材料机械性能测试来反映涂层对Cf/Al复合材料的浸渗质量和性能的影响规律。结果表明:沉积温度对涂层沉积速率影响较大,通过选择合适的沉积温度或者沉积时间,可在碳纤维表面得到厚度均匀的Py C/Si C复合涂层。碳纤维预制体表面涂层的存在可使其与基体合金润湿性良好、界面结合强度适中,形成合适的界面结合状态,有效提高浸渗质量和复合材料性能;并且当Py C涂层、Si C涂层厚度分别为0.068、0.257μm时,复合材料性能改善效果最佳。     

3D-C_f/Al复合材料真空气压浸渗工艺研究

三维编织碳纤维增强铝基复合材料(3D-Cf/Al复合材料)具有耐冲击、不分层、抗开裂、耐疲劳、整体性强等优点,但浸渗过程中存在难以浸渗和过度界面反应等问题。在采用真空气压浸渗制备单向排布Cf/Al复合材料的工艺试验基础上,进行了三维五向编织Cf/Al复合材料的真空气压浸渗工艺研究,得到了3D-Cf/Al复合材料真空气压浸渗成形工艺参数。在预热温度为500~550℃、浸渗温度为730℃、保压时间为20min时,制备出的3D-Cf/Al复合材料浸渗良好,其致密度达到95.88%,抗拉强度达到782.33 MPa。     

浸渗工艺对SiC/Al复合材料残余气孔率的影响

采用无压浸渗法制备了SiC/Al复合材料,从浸渗动力学和工艺方法的角度探讨了浸渗保温时间和降温方式对复合材料的残余气孔率的影响。结果表明:随着保温时间的适当延长,能有效地降低复合材料的残余气孔率;连续降温优于分段降温,有利于降低SiC/Al复合材料的残余气孔率。     

真空辅助差压浸渗制备C_f/Al复合材料的组织与性能

基于差压铸造原理开发出连续碳纤维增强铝基复合材料(Cf/Al)真空辅助差压浸渗制备新工艺。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)分析了Cf/Al复合材料的微观组织、纤维分布、界面结构成分和试样断口形貌,通过三点弯曲试验测试了Cf/Al复合材料的室温抗弯强度。结果表明,制备的复合材料组织致密,纤维分布均匀且与基体结合良好;复合材料中界面反应物尺寸细小且呈非连续分布状态,其主要成分为Al4C3相和Mg2Si相;复合材料室温抗弯强度达到了1 078MPa,断口有部分纤维拔出和C/Al界面脱粘现象,呈现出明显的韧性断裂特征。     

不同强度碳纤维在PIP工艺中的损伤

针对先驱体聚碳硅烷浸渍裂解工艺(PIP)制备Cf/SiC复合材料过程中碳纤维损伤严重的问题,研究了在Cf/SiC复合材料制备过程中不同强度碳纤维的损伤,并采用SEM、XRD、XRFS等手段进行表征.结果表明,低强度碳纤维表面缺陷多、内部杂质含量高,易在制备工艺中热应力拉伸或弯折破坏模式下损伤,这些是造成Cf/SiC复合材料性能差的主要原因.     

Si/Zr质量比对SiC/ZrC涂层微观结构及其抗氧化性能的影响

采用反应熔体浸渗工艺在C/C复合材料表面制备了SiC和SiC/ZrC抗氧化涂层,并利用XRD、SEM和EDS等分析手段研究了浸渗粉料中Si/Zr质量比对抗氧化涂层的相组成和微观结构的影响,考察了SiC和SiC/ZrC涂层在1 400℃静态空气气氛中的抗氧化性能,初步探讨了SiC/ZrC涂层的抗氧化机制。研究结果表明,随着浸渗粉料中Si/Zr质量比由4.5∶1.5降至2∶4,制得的SiC/ZrC涂层表面涂层致密性呈现先增后降的趋势,而涂层厚度则逐渐减小。当Si/Zr质量比为3∶3时,制得SiC/ZrC涂层C/C复合材料表现出优良的抗氧化性能,在空气气氛中1 400℃氧化6h后增重0.5%左右,而SiC涂层C/C复合材料在相同条件下氧化5h后失重率达到26.71%。SiC/ZrC涂层优异的抗氧化性能与其表面形成的一层致密、连续的ZrSiO4-SiO2-ZrO2玻璃膜有关。     

碳纤维表面改性对Cf/Mg复合材料微观组织和界面的影响

研究在碳纤维表面分别用化学法镀Ni和溶胶-凝胶法涂SiO2两种涂层,用真空压力浸渗法制备Cf/Mg复合材料.用SEM、EDS和TEM对Cf/Mg复合材料微观组织和界面特征进行分析.结果表明:无涂层的碳纤维与Mg基体浸润性较差,碳纤维在Cf/Mg复合材料微观组织巾分布不均匀,界面结合强度较弱.碳纤维表面包覆Ni或SiO2涂层改善了碳纤维与Mg基体的润湿性;包覆Ni涂层的碳纤维在Mg基体中分布均匀,并在其界面处生成金属间化合物Mg2Ni,界面为强结合;碳纤维表面的SiO2涂层与Mg进行少量的反应生成MgO和Si,界面结合好.能很好地传递载荷.     

基体对连续C_f/Al复合材料致密度和强度的影响

选用M40石墨纤维(6K)作为增强体材料,采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数为40%、基体合金分别为ZL102、ZL114A、ZL205A及ZL301合金的单向连续Cf/Al复合材料,研究了基体合金对连续Cf/Al复合材料的致密度和抗拉强度的影响。结果表明,在预热温度为550℃、浸渗温度为730℃、浸渗压力为7 MPa、保压时间为20min的条件下,4种复合材料中,M40/ZL301复合材料的致密度最大,为99.9%,纤维在基体中的分布也最均匀;抗拉强度最高达670.2MPa,是最低的M40/ZL102复合材料的639%;其拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。     

连续碳纤维增强铝基复合材料的研究与发展

综述了近年来国内外连续碳纤维增强铝基复合材料(简称连续C_f/Al复合材料)的研究现状,介绍了连续C_f/Al复合材料存在的界面问题与解决方法,分析了挤压铸造法、超声振动法、真空压力浸渗法、SPS放电等离子烧结等制备连续C_f/Al复合材料的优缺点,并对连续C_f/Al复合材料的发展进行了总结和展望。     

无压浸渗法制备SiC/Al复合材料的抗弯强度研究

通过无压浸渗法制备了SiC/Al复合材料,分析了颗粒大小、颗粒级配、淀粉含量等因素对复合材料抗弯强度的影响.结果表明:随着淀粉含量增加和SiC颗粒尺寸的减小,浸渗后形成的复合材料抗弯强度增大.通过颗粒级配方法制备的SiC/Al复合材料的抗弯强度比大颗粒的强度高,比小颗粒的低.     

表面硅化对C/C复合材料组织结构的影响

采用表面固相渗硅工艺在C/C复合材料表面制备SiC涂层 ,研究了制备工艺对涂层和C/C复合材料组织结构的影响。结果表明 :硅化反应时间对C/C复合材料的SiC涂层厚度影响不大 ;C/C复合材料组织中热解碳基体与碳纤维相比 ,更易与Si反应生成SiC ,说明碳纤维的稳定性高于热解碳 ,Si通过界面和材料缺陷扩散深入基体内部。     

热解碳涂层对Cf/Al复合材料热膨胀性能的影响

采用真空挤压吸渗工艺制备了不同厚度热解碳（PyC）涂层的碳纤维增强铝基（C_f/Al）复合材料,研究了热解碳涂层对C_f/Al复合材料热膨胀性能的影响。结果表明,热解碳涂层均匀而致密,可有效地保护碳纤维;对C_f/Al复合材料的热膨胀性能进行测试表明,与碳纤维表面无涂层的C_f/Al复合材料相比,当热解碳涂层的厚度约为70 nm时,碳纤维表面具有热解碳涂层的C_f/Al复合材料的热膨胀系数减小了24%;在一定的厚度范围内（70~250 nm）,随着热解碳涂层厚度的增加,碳纤维表面具有热解碳涂层的C_f/Al复合材料界面结合强度和滑移阻力逐渐减小,热膨胀系数逐渐增大。     

浸渗工艺对SiC/Al复合材料残余气孔率的影响

采用无压浸渗法制备了SiC／Al复合材料，从浸渗动力学和工艺方法的角度探讨了浸渗保温时间和降温方式对复合材料的残余气孔率的影响。结果表明：随着保温时间的适当延长，能有效地降低复合材料的残余气孔率;连续降温优于分段降温，有利于降低SiC／Al复合材料的残余气孔率。     

影响C_f/Al复合材料界面结构及性能的因素

综述了增强纤维、纤维表面涂层、基体合金化以及制备工艺对Cf/Al复合材料界面结构及性能的影响,并对Cf/Al复合材料未来的发展趋势进行了分析和展望。     

Cf/SiC复合材料SiC/Yb2SiO5抗氧化复合涂层研究

硅酸镱(Yb2SiO5)是Cf/SiC复合材料非常理想的抗氧化涂层材料.用脉冲CVD法在Cf/SiC复合材料上先制备SiC粘附层.用溶胶凝胶法制备粒径为200~300 nm的单相Yb2SiO5粉体,然后用PCS-SiC-Yb2SiO5浆料浸涂法制备SiC-Yb2SiO5过渡层,因PCS粘结强度大,且热解后能在原位生成SiC,故能大大增加涂层的结合力.配备低粘度、高固含量的Yb2SiO5浆料,并用浆料浸涂烧结法制备致密、细晶粒的Yb2SiO5涂层.1500 ℃静态空气中氧化实验表明:SiC/Yb2SiO5复合涂层具备优异的抗氧化性能.     

SiC／Al基电子封装复合材料的无压浸渗法制备与热性能研究

用网格堆积法制备SiC多孔陶瓷,以此作为增强体,用无压浸渗工艺制备45%～65%体积分数的SiC/Al基电子封装复合材料,测定25～300 ℃热导率和热膨胀系数.实验结果表明,增强体经高温氧化处理后能显著的改善SiC/Al的浸润性能;提高浸渗温度和延长浸渗时间可以改善浸渍效果,浸渗温度在1 050 ℃,浸渗时间5 h浸渗效果最好;Mg是促进浸渗的有利因素,可有效改善铝在增强体内的渗透深度.该工艺制备的SiC/Al复合材料,热膨胀系数较经典模型计值低,热导率达189 W(m·K),可以较好的满足电子封袋材料的要求.     

纤维预热温度对真空气压浸渗连续SiC_f/Al复合材料致密度和力学性能的影响

选用先驱体法制备的直径10~15μm束丝SiC纤维作为增强体材料,采用真空气压浸渗法制备了SiCf体积分数为40%的连续SiCf/Al复合材料,研究纤维预热温度对复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明:复合材料中原局部存在少量团聚的SiC纤维束随着纤维预热温度的提高,纤维团聚减少,分布更趋于均匀;而复合材料致密度和抗拉强度随纤维预热温度的升高先逐渐增加后缓慢降低;其中,在纤维预热温度为500℃、浸渗温度为730℃、浸渗压力为7 MPa和保压时间为5 min的浸渗工艺条件下所制备的连续SiCf/Al复合材料的致密度为97.24%,抗拉强度达到768.9 MPa。     

连续Cf/Al复合材料板双辊铸轧制备及力学性能研究

本文利用电镀工艺制备了表面镀镍碳纤维,通过双辊铸轧短流程成型工艺成功制备了连续碳纤维增强铝基（Cf/Al）复合材料板,研究了浇注温度对铸轧复合材料板的微观组织、界面特征、断口形貌和力学性能的影响。结果表明,浇注温度为963～983K,轧制速度为2.7m/min,辊缝为2.0mm的条件下可制备出表面平整、无明显表面缺陷的Cf/Al铸轧复合材料板;其中,浇注温度为973K时,碳纤维与铝基体之间界面结合良好;纤维表面金属镍层明显改善了碳纤维与铝基体之间的浸润性,镍镀层还有效抑制了Al4C3脆性相的产生,使Cf/Al复合材料板力学性能大幅提升,其中浇注温度973K铸轧的Cf/Al复合材料板抗拉强度比初始的38.2MPa提高了87.4%。     

造孔剂含量对无压浸渗法制备SiC/Al复合材料性能的影响

采用无压浸渗法制备了SiC/Al复合材料,研究了造孔剂含量对SiC/Al复合材料性能的影响。实验结果表明:不同含量的造孔剂对残余气孔率的影响不同,随着造孔剂加入量的增加,残余气孔率先减小后增大,但试样抗弯强度呈先增加后减小。在SiC/Al复合材料中加入质量分数为20%的造孔剂时,SiC/Al复合材料的抗弯强度出现最大值,其残余气孔率达到最小值0.9%左右。