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。     

SiC改性C/C复合材料的制备及其烧蚀性能

采用超声波震荡法将SiC微粉添加到二维针刺碳毡预制体中,利用热梯度化学气相浸渗工艺沉积热解碳制备了SiC改性碳纤维增强碳基(carbon fiber reinforced catbon,C/C)复合材料.借助x射线衍射与扫描电子显微镜检测和观察材料的微观结构,利用氧-乙炔烧蚀实验测试材料的抗烧蚀性能.结果表明:SiC微...     

反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料及其反应机理和动力学的研究进展

对反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料过程中Si的渗入行为以及Si/C的反应机理和动力学进行了综合评述.分析了高温下Si的密度、粘度、表面张力及Si/C润湿角对渗入能力的影响.概括了Washburn公式及其改进模型在液Si渗入行为方面的研究进展,给出了渗入时间、SiC生成速率与渗入高度之间的关系.对控制Si/C反应的溶解-沉淀机理和扩散机理进行了阐述,总结分析得出：不同阶段Si/C反应发生的区域不同,因而控制反应的机理也不同.最终的SiC相是由不同反应机理共同作用形成的.     

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     

先驱体浸渍-裂解法制备高密度再结晶碳化硅

分别采用聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)/二甲苯(xylene)溶液和SiC/PCS/xylene浆料浸渍-裂解(precursor impregnation and pyrolysis,PIP)法制备高密度再结晶碳化硅(recrystallized SiC,RSiC)。测量了RSiC的体积密度和抗弯强度。用扫描电镜观察了RSiC样品的显微结构。结果表明:采用PCS/xylene溶液浸渍的裂解产物均匀分布在RSiC的孔隙中,经6次PIP循环后,RSiC的密度从2.74g/cm3提高到约2.90g/cm3,抗弯强度与初始样品相比提高了28.1%。采用SiC/PCS/xylene浆料浸渍后的产物在基体中呈梯度分布,基体表层孔隙填充致密,有利于提高RSiC的抗氧化能力。仅3次PIP循环后,RSiC的密度就可达2.90g/cm3,抗弯强度也可提高37.0%。     

化学气相渗透法制备三维针刺C/SiC复合材料的烧蚀性能

用化学气相渗透法制备了三维针刺碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料,复合材料的平均密度为2.15 g/cm3,气孔率为16.0%.用氧乙炔焰研究了复合材料的烧蚀性能,用扫描电镜分析了烧蚀表面的形貌,用表面能谱分析了烧蚀产物的成分.复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.03mm/s和0.004 7 g/s.在烧蚀中心区,烧蚀最严重,表层只有C纤维骨架,且C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以升华和冲刷为主.在烧蚀过渡区,垂直于烧蚀面的C纤维表现出端部锐化、根部细化的特性,平行于烧蚀面的C纤维呈针状,复合材料的烧蚀以氧化和机械剥蚀为主.烧蚀边缘烧蚀不明显,烧蚀产物和SiC基体熔融后覆盖在烧蚀表面,阻碍了复合材料的进一步烧蚀,复合材料的烧蚀以氧化为主.     

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。     

刹车速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

对反应熔体渗透工艺制备的C/C-SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上进行了模拟飞机制动刹车实验,重点研究了C/C-SiC复合材料在不同刹车速度下的摩擦磨损性能.研究表明:随着刹车速度的增加,C/C-SiC复合材料的摩擦系数先少许增加然后再减小,在10 m/s时达到最大值0.52.磨损率在低速时保持较低的数值,随着刹车速度的增加呈线性增加,但仍小于C/C复合材料的磨损率,表明C/C-SiC复合材料具有优良的耐磨损性能.当刹车速度超过20 m/s时,由于能载水平较高,摩擦表面出现犁沟现象并形成大量球状磨屑,摩擦系数急剧减小.     

C/C预制体孔隙率与气相硅浸渗制备C/SiC复合材料性能关系的模型研究

建立了C/C预制体孔隙率与C/SiC复合材料组成的关系模型,并通过表征不同孔隙率的C/C预制体气相硅浸渗制备的C/SiC复合材料的组成和力学性能对模型进行了验证。研究发现,实验结果与模型预测结果基本一致。随着C/C预制体孔隙率的增大,C/SiC复合材料的密度出现先上升后下降的规律,力学性能也遵从同样的规律。XRD分析和相含量测试结果均表明复合材料的相含量与模型预测结果基本一致。实验结果与模型预测结果产生偏差的主要原因是裂解碳反应不完全。     

化学气相渗透2.5维C/SiC复合材料的拉伸性能

采用等温减压化学气相浸渗(isothermal low-pressure chemical vapor infiltration,ILCVI)工艺制备了在厚度方向上具有纤维增强的2.5维(2.5 dimensional,2.5D)碳纤维增强碳化硅多层陶瓷基复合材料,从而使一端封口的防热结构部件的制备成为可能.ILCVI致密化后,复合材料的密度、孔隙率分别为1.95～2.1 g/cm3和16.5%～18%.沿经纱和纬纱两个方向对2.5D C/SiC复合材料进行室温拉伸实验.结果表明:复合材料在纵向和横向的拉伸应力-应变均表现为明显的非线性行为.复合材料具有较高的面内拉伸性能,纵横向的拉伸强度分别为326MPa和145MPa,断裂应变分别为0.697%和0.705%.复合材料的拉伸断裂为典型的韧性断裂,经纱和纬纱的断裂都表现为纤维的多级台阶式断裂以及纤维的大量拔出.     

反应熔体浸渗法制备C/SiC复合材料的结构与力学性能

采用反应熔体浸渗法制备了二维碳/碳化硅陶瓷基复合材料,并对材料的结构和力学性能进行了研究.研究表明,复合材料致密度很高,密度为2.31g/cm3,开气孔率为1.39%;垂直和平行碳布方向的压缩强度高且差别很小,分别为417.55MPa和409.28MPa,材料的压缩破坏主要由基体的压剪组合破坏情况决定,表现为剪切型破坏形式;材料的层间剪切强度高,数值为43.15MPa,明显高于采用CVI工艺制备的同类复合材料的强度值29.10MPa,层间剪切破坏主要由碳布层间基体的剪切破坏情况决定.     

熔体浸渍技术制备SiCp/AlN复合材料

采用熔体浸渍技术，研究了在高纯氮气氛下Al—Mg—Si合金反应浸渍碳化硅预形体制备SiCp／AlN复合材料．借助XRD，SEM／EDS，EMPA等测试手段检测了产物的物相组成，观察了材料的微观形貌，并对复合材料微区成分进行了分析。结果表明：1200℃下，在氮气气氛中用Al—Mg—Si合金反应浸渍碳化硅形成了SiCp／AlN复合材料。在氮化温度下，Al—Mg—Si合金中的Mg元素极易蒸发，与气氛中的微量氧发生反应，起到深脱氧作用，而Si元素的存在使Al—Si熔体容易浸渍渗透进入SiC预形体中，同时氮化反应生成AIN，形成了以AIN／Si为三维骨架，SiC呈孤岛状结构的SiCp／AlN复合材料。生长前沿氮化铝以胞状方式生长，胞内由呈放射状生长排列的柱状晶氮化铝构成，柱晶之问有大量的通道间隙，Si元素在胞内呈不均匀分布，胞边缘部分的硅含量明显高于胞中心部分，这与柱状氮化铝的生长机理有关。     

沉积温度对微波热解CVI制备碳/碳复合材料密度及组织结构的影响

以碳毡为预制体,N2为稀释气体,甲烷为碳源前驱体,其分压为10 kPa,滞留时间为0.15 s的工艺条件下,研究了不同沉积温度对微波热解化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)工艺制备碳/碳复合材料的致密化速率、样品的体积密度及其密度均匀性的影响,并对其组织结构进行了观察.分析了沉积温度对微波热解CVI工艺制备碳/碳复合材料的密度与组织结构的变化规律.结果表明:在微波热解CVI工艺中,随着沉积温度的降低,碳毡预制体的致密化速率及最终体积密度呈现先升后降,1100 ℃沉积制备复合材料的密度均匀性最好,并呈现从内到外逐步沉积的规律.热解碳的织构主要为中等织构.     

纤维束丝数对平纹编织C/SiC复合材料力学性能的影响

通过对2种丝束平纹编织碳纤维布增强SiC（C/SiC）复合材料的力学性能实验,研究了纤维束丝数（1 k和3 k）对复合材料性能的影响.实验结果表明：1 k C/SiC复合材料的拉伸模量、拉伸强度、压缩模量、压缩强度、面内剪切强度和弯曲强度分别为90.8 GPa,281.8 MPa,135.8 GPa,452.2 MPa,464.3 MPa和126.8 MPa,分别比3 k C/SiC高39%,15.8%,25%,132%,29.3%和30.2%.纤维束粗细不同是导致纤维束弯曲度和复合材料孔隙率差异的主要原因,对压缩强度的影响最大,对拉伸强度的影响最小.