碳化硅纤维增强磷酸铝基复合材料的制备和性能研究

采用不同的磷酸铝盐基体制备了单向碳化硅纤维增强磷酸铝基复合材料,对其力学性能进行了对比,结果表明：基体对复合材料的力学性能和微观结构有极大的影响,磷酸铝基体随温度的升高脱水、相变残留下一定的气孔,填料的加入可以提高复合材料的整体力学性能;采用磷酸二氢铝基体、α-Al2O3填料制备的复合材料具有最好的性能,其弯曲强度为310MPa、弯曲弹性模量为47GPa,并通过扫描电镜对材料的微观结构形貌进行了分析研究。     

碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料的研究

使用ＣＶＤ技术提高纤维增强陶瓷基复合材料的密度是很困难的,因为它很难使反应气体完全渗入到基体里面,这是由于“瓶颈”效应所致,即ＣＶＤ过程阻塞了基体表面的小气孔,进而封闭了通向大气孔的入口,为此提出了一种新的方法位控ＣＶＤ（ＰＣＣＶＤ）,来克服上述通过控制反应气体通道位置试样的加热位置,从而达到控制沉积位置,使沉积界面始终处于开孔状态,使用ＰＣＣＶＤ技术制造的Ｃ／ＳｉＣ复合材料,实际密度可达到其理论     

三维碳化硅纳米线增强碳化硅陶瓷基复合材料的电磁屏蔽性能

碳化硅纳米线具有优异的电磁吸收性能, 三维网络结构可以更好地使电磁波在空间内被多次反射和吸收。通过抽滤的方法制备得到体积分数20%交错排列的碳化硅纳米线网络预制体。然后采用化学气相渗透工艺制备热解炭界面和碳化硅基体, 并通过化学气相渗透和前驱体浸渍热解工艺得到致密的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料。甲烷和三氯甲基硅烷分别是热解炭和碳化硅的前驱体, 随着热解碳质量分数从21.3%增加到29.5%, 多孔SiCNWs预制体电磁屏蔽效率均值在8~12 GHz (X)波段从9.2 dB增加到64.1 dB。质量增重13%的热解碳界面修饰的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在X波段平均电磁屏蔽效率达到37.8 dB电磁屏蔽性能。结果显示, SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在新一代军事电磁屏蔽材料中具有潜在应用前景。     

碳化硅基复合材料

碳化硅材料具有优良的高温力学性能和高比强度，通过粒子、晶须、纤维以及自增强等各种补强技术构成的碳化硅基复合材料已经成为当前陶瓷及其复合材料研究的一大热点，可望在航空航天、复合装甲、热引擎、汽车、机械、化工、能源等领域中得到广泛应用。本文就近十年来这方面的研究和发展加以综述。     

碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展

对碳化硅纤维（SiCf)增强陶瓷基复合材料（CMCS）的研究现状与进展作了较系统的论述。讨论了SiCf增强CMCS的界面层作用,热膨胀系数不匹配对材料的影响,高温抗蠕变抗疲劳性能及抗氧化性能等。最后指出了SiCf增强CMCS作为高温结构陶瓷材料的研究方向以及尚等解决的问题。     

熔剂保护条件下制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料

在熔剂保护条件下,制备了碳化硅颗粒增强的镁基复合材料.利用电子扫描显微镜、X射线衍射仪、硬度计和称量法对复合材料的结构、微观组织、硬度及密度进行了表征.结果表明,在复合材料的制备过程中,界面发生轻微的化学反应.随着碳化硅颗粒加入量的增加,复合材料的硬度和密度也呈增加趋势.实验确定了熔剂保护条件下制备碳化硅颗粒增强镁基复合材料的最佳条件.     

碳化硅纳米线增强多孔碳化硅陶瓷基复合材料的制备

构建多孔碳化硅纳米线(SiCNWs)网络并控制化学气相渗透(CVI)过程,可设计并获得轻质、高强度和低导热率SiC复合材料。首先将SiCNWs和聚乙烯醇(PVA)混合,制备具有最佳体积分数(15.6%)和均匀孔隙结构的SiCNWs网络;通过控制CVI参数获得具有小而均匀孔隙结构的SiCNWs增强多孔SiC(SiCNWs/SiC)陶瓷基复合材料。SiC基体形貌受沉积参数(如温度和反应气体浓度)的影响,从球状颗粒向六棱锥颗粒形状转变。SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料的孔隙率为38.9%时,强度达到(194.3±21.3) MPa,导热系数为(1.9 ± 0.1) W/(m∙K),显示出增韧效果,并具有低导热系数。     

料浆对熔渗工艺制备碳纤维织物增强碳化硅复合材料的影响

针对航空发动机热端部件复杂结构存在的陶瓷基复合材料成型难度大的问题,以碳纤维织物为增强体,以有无添加粉体的两种树脂料浆为研究对象,开展料浆-熔渗工艺制备碳纤维织物增强碳化硅复合材料技术研究,探索两种料浆的注浆成型及熔渗工艺适应性,并对获得的复合材料基本性能进行表征.结果显示:有无添加粉体的两种料浆的黏度适中,在注浆工艺温度下具有3～5h以上的注浆工艺窗口,通过注浆成型工艺均可获得少孔隙、质量均匀的树脂基复合材料;无粉体和有粉体的料桨固化物在900℃炭化后,孔隙率分别为39.6％和31.3％,残炭率分别为24％和76％,平均孔径分别为0.068μm和0.069μm,能够满足熔渗工艺的要求;采用添加粉体的料浆制备的碳纤维织物增强碳化硅复合材料具有更低的气孔率(3.54％)和更高的弯曲强度(162 MPa),满足航空发动机静止部件的应用要求.     

碳纤维增强树脂基复合材料的性能研究

在酚醛树脂中分别加入（质量分数，下同）5%，10％，15％，20％，25％和30％的短切碳纤维，经过模压成型后，对其磨损性能、硬度、导电性能进行了测定。结果表明，随着碳纤维含量的增加，材料的耐磨性提高，但其提高幅度随着碳纤维含量的增加而减小，最后降低为零；材料的硬度随着碳纤维含量的增加开始增幅较小，当碳纤维含量〉10％时呈线性增加；材料的导电性能随着碳纤维含量增加而提高，电阻值下降与碳纤维的增加呈非线形关系，有一个约为15％的渗滤阀值；碳纤维含量〈15％时，电阻率很大，碳纤维含量15％时，电阻值突然变小，说明碳纤维含量〉15％时，复合材料具有一定的导电性能。     

在碳化硅基复合材料中碳纤维的就位强度

在对用断裂镜面法(fracture mirror method)评估纤维就位强度(in-situ strength)的方法进行了评述之后,对此方法进行了修正,即采用纤维束试验确定镜面常数, 将标距长度定义为两倍纤维拔出长度与两倍失效长度之和,采用分级平均统计分析方法确定纤维就位强度的Weibull参数和平均强度。采用修正的断裂镜面法,对聚合物先驱体转化法制备的M40JB纤维增强的碳化硅基复合材料中M40JB纤维的就位强度进行了分析,得到了M40JB纤维的Weibull参数和平均强度,并与未修正的断裂镜面法得到的结果进行了比较。      

碳纤维涂覆碳化硅的研究

为了改善碳纤维的抗氧化性能和阻止碳纤维与金属在高温下的化学反应,在碳纤维表面涂覆碳化硅是一种较好的办法。本研究采用化学气相沉积法,在碳纤维表面连续涂覆碳化硅,研究其工艺参数时涂层厚度及涂层成分与结构的影响,得到了该反应体系的表观活化能约为165KJ/mol及碳化硅的结构主要是β型。还着重分析了碳纤维涂覆后强度下降的主要原因,并提出了改进措施。     

炭纤维物理性能对C/C复合材料氧化性能的影响

用相同牌号的T700炭布长纤维和炭毡短纤维交替叠层作为坯体，通过化学气相沉积（CVD）法生产二维C／C复合材料，尽管两种纤维具有很相近的结构和石墨化度，并经历相同的热处理过程，但同一C／C试样在随后的变温氧化和等温氧化过程中存在两个主要的氧化方向，一个是热解炭基体优先于炭布氧化，另一个是炭毡纤维优先于炭基体氧化。研究表明，两种纤维的物理性能（如表面积、孔径分布和总孔体积）有显著差别，即两种纤维的微孔结构和孔径分布有很大差别，从3－10nm，炭毡纤维的分布峰值比炭布纤维大得多，炭毡纤维的累积吸附孔体积的增长也比炭布纤维快，而且炭毡纤维的最大孔径比炭布纤维的大得多。正是这些因素使得炭布纤维比炭毡纤维具有更强的抗氧化性，导致了其抗氧化和氧化活性的明显不同。因此，即使炭布纤维和炭毡纤维具有相同的结构，并经过同样的热处理过程，在被用作坯体生产C／C复合材料前，应仔细考虑其物理性能。     

表面氧化处理对炭纤维及炭／炭复合材料力学性能的影响

采用硝酸表面氧化法，对炭纤维进行表面氧化处理，考察了不同的氧化处理时间、温度和浓度对炭纤维及其炭纤维增强复合材料力学性能的影响，提出适宜的表面氧化处理条件是低温（室温）、浓酸（５０％～６５％），短时间（１５ｍｉｎ～６０ｍｉｎ）。     

碳纤维增强铜基复合材料的性能研究

采用粉末冶金法制备了短碳纤维增强铜基复合材料。经对不同碳纤维含量试样的硬度及导电性能的测定，并在干摩擦的条件下研究了碳纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能，同时对磨损表面的微观结构进行观察来分析其磨损机理。实验结果表明，随着碳纤维含量的增加，该材料的硬度和耐磨性均有所增加，但其导电性有所下降。     

炭纤维硼改性对其力学性能的影响

采用溶液浸渍对炭纤维（ＣＦ）进行了硼改性处理,并在２５００℃下进行石墨化热处理。研究了硼化物溶液浓度及活化剂对炭纤维力学性能的影响,通过扫描电镜观察炭纤维断面的微观结构形态。实验结果表明,ＣＦ硼处理后可以明显提高纤维的模量,适当控制硼化物溶液浓度,可以同时提高强度。     

温度对CF/ABS 复合材料导电性的影响

研究了温度对ＣＦ／ＡＢＳ树脂复合材料导电性的影响。所制复合材料的电阻率随温度的升高按指数规律上升,而且,随着复合材料中炭纤维含量的增加,电阻率随温度的变化率逐渐降低。     

纳米碳化硅填充环氧树脂复合材料的摩擦磨损特性

以提高环氧树脂的摩擦磨损性能为目的,研究了纳米碳化硅粒子填充环氧树脂复合材料的滑动干摩擦磨损特性,着重探讨纳米粒子表面接枝改性、纳米粒子含量、摩擦条件等对复合材料摩擦学性能的影响。通过对复合材料磨损表面的形貌分析,以及复合材料的热变形性能和表面硬度的测定,探讨了复合材料的磨损机理。结果表明,纳米碳化硅粒子能在很低的含量下提高环氧树脂耐磨性、并降低其摩擦系数,而经过接枝处理后的纳米碳化硅粒子填充复合材料的上述性能改善更为明显,耐磨性比环氧树脂提高近4倍,摩擦系数降低36%。这说明在SiC纳米粒子表面引入聚丙烯酰胺接枝链后,由于界面的强相互作用 ( 包括化学键合与链纠缠),有效地提高了复合材料的抵抗裂纹引发能力等性能,从而有利于改善其摩擦学性能。      

致密工艺对炭布增强2D-C/C复合材料力学性能的影响

研究了液相浸渍及化学气相法致密工艺对二维炭/炭(2D-C/ C)复合材料力学性能的影响,尤其是对层间剪切强度(ILSS)的影响.结果表明液相浸渍法增密周期短且致密效果好,但材料强度不高;而化学气相沉积(CVD)致密周期长,但材料层剪强度高;采用两种工艺联合致密,材料界面结合强度适中,且层剪强度高.