烧结温度对Cf/SiC复合材料结构及性能的影响

以碳纤维为增强体, 热压烧结制备了C_f/SiC复合材料, 研究了烧结温度对C_f/SiC复合材料密度、结构及性能的影响. 研究发现: 提高烧结温度能够促进C_f/SiC复合材料的致密度; 当烧结温度低于1850℃时, 升高烧结温度, 复合材料的强度和断裂韧性也随之提高. 当烧结温度为1850℃时, 复合材料的性能最优, 弯曲强度达500.1MPa, 断裂韧性为16.9MPa·m ^1/2. 当烧结温度达到1880℃时, 复合材料性能反而下降.     

纤维织构对Cf/SiC复合材料结构和性能的影响

以先驱体浸渍裂解工艺制备了Cf/Sic复合材料,在相同工艺条件下,研究了四种纤维织构:2.5D,三维四向,三维五向,三维六向对复合材料结构和性能的影响.研究结果表明,2.5D纤维织构的复合材料,其力学性能优于其它三种织构的复合材料,2.5D织构的复合材料弯曲强度达到了406.25MPa,三维四向织构复合材料弯曲强度只有128.80MPa,三维五向织构复合材料159.74MPa,三维六向织构复合材料150.42MPa,并结合纺织学的结构理论对这种影响进行了剖析.     

不同碳纤维表面状态对Cf/SiC复合材料性能的影响

采用XPS对两种不同的碳纤维表面进行了分析,制备了束丝Cf/SiC复合材料,并采用束丝拉伸强度表征其性能。结果表明,碳纤维表面主要有C、O两种元素存在,其中碳主要有C-C和C-O两种存在方式,并且两种纤维的Ols/Cls有明显的不同,当氧含量高时,纤维在经历高温处理后强度下降幅度较大,所制备的Cf/SiC复合材料性能较差。     

浸渍浆料对先驱体转化Cf/SiC复合材料结构及性能的影响

采用先驱体转化法,以聚碳硅烷/二甲苯、聚碳硅烷/二甲苯/碳化硅粉、聚碳硅烷/交联剂三种浆料体系分别浸渍增强体,裂解制备Cf/SiC复合材料,考察了浸渍浆料体系对Cf/SiC复合材料的结构和性能的影响。研究发现:聚碳硅烷/交联剂浆料制备复合材料所需周期最短,9个周期即可制得密度达1.78g.cm-3、开孔率为4.95%的复合材料;聚碳硅烷/二甲苯/碳化硅粉制备的复合材料密度最大,达1.87g.cm-3,并且制备的复合材料表面平整光洁;聚碳硅烷/二甲苯浆料制备的Cf/SiC复合材料力学性能最好,弯曲强度达455.9MPa,模量达90.6GPa,断裂韧性达18.9MPa.m1/2。研究结果表明,三种常用的浸渍浆料制备的复合材料各有其优点,在各个浸渍周期合理的选用浆料能有效的改善材料结构及性能。     

制备工艺对Cf/SiC复合材料力学性能的影响

分别采用先驱体裂解-热压和先驱体浸渍-裂解方法制备出了Cf/SiC复合材料.重点探讨了不同制备工艺对复合材料纤维/基体间界面和力学性能的影响.研究表明,采用先驱体裂解-热压工艺制备复合材料时,由于制备温度较高,复合材料中纤维与基体间的界面结合强,同时纤维本身性能的退化严重,因此复合材料表现为脆性断裂,具有较低的力学性能.而采用先驱体浸渍-裂解法制备复合材料时,由于致密化温度较低,复合材料中纤维与基体的界面结合较弱,而且纤维的性能保留率较高.因此,纤维能够较好地发挥补强增韧作用,复合材料具有较好的力学性能, 其抗弯强度和断裂韧性分别为573.4MPa和17.2 MPa*m1/2.     

AIN和B对热压烧结Cf/SiC复合材料性能的影响

研究了烧结助剂ＡＩＮ 和Ｂ对Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料力学性能的影响。结果表明：Ｂ含量较低时（小于０．５ｗ ｔ％ ）,Ｂ的增加能有效地提高复合材料的抗弯强度与断裂韧性,继续增加Ｂ的用量至１ｗ ｔ％ ,虽能大幅度提高复合材料的强度,但使复合材料的断裂韧性大大降低。ＡＩＮ 与ＳｉＣ高温反应形成固溶体,能起到强化和细化基体ＳｉＣ晶粒以及改善ＳｉＣ晶界结构的作用,但对复合材料内纤维与基体间界面的结合影响较小,因此与Ｂ的作用相比,ＡＩＮ 对复合材料密度和力学性能的影响较小。烧结助剂为５ｗ ｔ％ ＡＩＮ－０．５ｗ ｔ％ Ｂ,经１８５０℃和２５ＭＰａ 热压烧结后的Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料具有较佳的综合力学性能,其抗弯强度与断裂韧性值分别为５２６．６ＭＰａ 和１７．１４ＭＰａ·ｍ １／２。     

T300碳纤维热处理对Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷先驱体浸渍裂解工艺制备T300碳纤维增强3D Cf/SiC复合材料,研究了T300碳纤维预先热处理对材料性能的影响.结果表明,热处理能够弱化Cf/SiC复合材料中纤维-基体界面结合,减少碳纤维在复合过程的损伤,显著提高复合材料性能.纤维经热处理后制备的Cf/SiC复合材料弯曲强度和断裂韧性分别从未经处理的154MPa,4.8MPa·m1/2提高到437MPa,20.4 MPa·m1/2.     

Cf/SiC陶瓷基复合材料的发展与应用现状

介绍了Cf/SiC复合材料的制备工艺,分析了各种制备工艺的优、缺点.描述了Cf/SiC复合材料近年来在航空涡轮发动机、热保护系统、光学结构及光学反射镜以及刹车片系统等领域的应用发展状况.对当前Cf/SiC复合材料研究存在的问题进行了分析,指出提高Cf/SiC陶瓷基复合材料抗氧化性仍是未来发展的一个重要研究方向.     

2D SiC/SiC复合材料电阻率对服役环境的响应特性

研究针对不同服役环境下2DSiC/SiC复合材料的电阻率特性进行了研究。从1300℃降至室温的无氧环境中,复合材料的电阻率随温度降低而增大;借助曲线拟合,建立了电阻率与温度之间的映射关系。在1300℃空气环境中氧化20和60 h后,由于PyC界面层和SiC基体的氧化,复合材料的导电性显著降低;以SiO₂的含量定量表征氧化程度,建立了电阻率与氧化损伤之间的映射关系。复合材料的电阻率和应力随应变的变化趋势相似,电阻率变化率和刚度随应变的变化趋势相反。在线性阶段,基体开裂数量极少,刚度几乎不变,电阻率缓慢增大;在非线性阶段,基体开裂数量增加较快,造成刚度降低,电阻率快速增大;后半段的基体裂纹数量缓慢增多,刚度和电阻率变化率趋于平稳。     

Cf/SiC复合材料的应用研究进展

Cf/SiC复合材料充分结合了碳纤维和SiC基体的优势,表现出低密度,高强度,高韧性,耐高温,耐烧蚀,抗冲刷,高硬度和高耐磨性等特点,成为航空航天、军事、能源等领域理想的高温结构材料.目前Cf/SiC复合材料已达到实用化水平,研究重点已转向应用研究.本文主要介绍Cf/SiC复合材料在热结构部件、热防护系统及高温光学部件等领域的研究进展.     

原位反应法制备Cf/SiC复合材料MoSi2-SiC-Si涂层

以C_f/SiC复合材料为基体, 采用原位反应法制备了MoSi₂-SiC-Si涂层, 借助XRD、扫描电镜及能谱对涂层的结构及组成进行了分析研究, 并考查了其高温抗氧化性能. 结果表明, 涂层总厚度约120μm, 主要由MoSi₂、SiC和Si组成. MoSi₂-SiC-Si涂层具有优异的高温抗氧化性能, 在1500℃静态空气中氧化96h, 涂层试样失重仅1.8%. 涂层试样失重的主要原因是由于氧气通过涂层中的贯穿性裂纹与C_f/SiC复合材料基体发生了反应.     

聚碳硅烷中氧对碳纤维损伤的影响

本文制备了不同氧含量的聚碳硅烷 (PCS) ,研究了其中氧含量及其结合方式在PIP工艺中对Cf SiC复合材料中碳纤维保留强度的影响。实验结果表明 ,PCS经过预氧化后 ,其内部的氧主要以稳定的Si -O键形式存在 ;其中氧含量的增加对浸渍裂解后碳纤维的保留强度影响不大 ;14 0 0℃处理的结果与 110 0℃处理的结果相比要好得多。     

SiCf/SiC复合材料的制备与力学性能

分别采用先驱体裂解-热压和先驱体浸渍-裂解方法制备出了SiCf/SiC复合材料.重点探讨了不同制备工艺对复合材料纤维/基体间界面和断裂行为的影响.研究表明,采用先驱体裂解-热压工艺制备复合材料时,虽然烧结液相可以促进复合材料的致密化,但其同时导致纤维与基体间的界面结合强以及纤维本身性能的退化,因此复合材料表现为脆性断裂,具有较低的力学性能.而采用先驱体浸渍-裂解法制备复合材料时,由于致密化温度较低,复合材料中纤维与基体的界面结合较弱,而且纤维的性能保留率较高,因此,纤维能够较好地发挥补强增韧作用,复合材料具有较好的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别为703.6MPa和23.1Pa.m1/2.     

Cf/SiC陶瓷基复合材料在航天领域的研究与应用

碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)陶瓷基复合材料是近年来发展起来的新型高温结构材料.综述了Cf/SiC陶瓷复合材料的主要制备工艺和氧化防护方面的研究进展,概括介绍了Cf/SiC陶瓷复合材料在航天领域的应用与研究,最后指出了有待解决的问题和研究方向.     

界面涂层对气相渗硅Cf/SiC复合材料力学性能的影响

在1650℃气相渗硅（Vapor Silicon Infiltration—VSI）制备了3D碳纤维增强SiC基复合材料（Cf／SiC）,其密度约为1．85g／cm^3．当C／SiC界面涂层存在时,气相渗硅cf／SiC强度为239．5MPa;而无界面涂层存在时,Cf／SiC弯曲强度大幅下降,约为67．4MPa．无界面涂层保护时,气相渗硅过程中纤维与硅蒸气发生反应,使得纤维硅化,造成材料性能下降．纤维表面沉积的C／SiC涂层,不仅保护纤维,避免被硅侵蚀,而且具有弱化界面、偏转裂纹等作用,复合材料的断裂功得到显著提高．将气相渗硅温度提高到1700℃后,有界面涂层存在情况下Cf／SiC复合材料密度显著提高,达到2．25g／cm^3,强度基本与1650℃时相当．     

Cf/SiC复合材料制备工艺研究

结合材料复合过程中纤维编织体易变形的问题,系统研究了复合材料制备过程中编织体变形的规律,以及对所制备复合材料结构和性能的影响.通过实验研究发现,编织体体积控制有利于复合材料增强体纤维的均匀分布,实现复合材料结构和性能的均一化,有利于复合材料整体性能的提高,并且,编织体体积控制有利于提高复合材料的致密化速率,最终获得高致密度、高性能的复合材料.     

Cf/SiC复合材料表面沉积铱膜层工艺研究

为了进一步提高Cf/SiC复合材料的高温耐烧蚀性能,采用冷壁MOCVD工艺,对条型和管型Cf/SiC复合材料样品进行了金属铱膜层沉积。结果表明,在该工艺条件下,Cf/SiC复合材料的力学性能没有明显降低,沉积的金属铱膜呈白亮的金属色光泽。针对通氧沉积工艺中涂层氧含量较多的问题,通过对涂层进行后处理,使金属铱层的纯度大大提高,为获得高纯膜提供了新的工艺途径。     

三维碳化硅/碳化硅陶瓷基编织体复合材料

采用化学气相浸渗法（CVI）,制备出三维Hi-Nicalon SiC/SiC陶瓷基纺织体复合材料,经30hCVI致密化处理后,复合材料的密度达到2．5g.cm^-3。所研制的三维SiC/SiC复合材料不仅具有较高的强度,而且表现出优异的韧性和类似金属材料非灾难性的断裂特征,复合材料的主要功能力学性能指标为：弯曲强度860MPa,断裂位移1．2mm,断裂韧性41．5MPa.m^1/2,断裂功28．1kJ.m^-2,冲击韧性360.0kJ.m^-2。