SiBCN陶瓷前驱体高温裂解机理

SiBCN是目前重要的高温非晶材料之一。非晶结构表征是研究非晶材料形成过程的关键。采用固态NMR和FT-IR为主要的研究手段研究聚硅硼碳氮烷的热稳定性和SiBCN陶瓷前驱体高温裂解机理。研究表明, 陶瓷化转变过程分为三个阶段, 第一阶段是产生引发剂, 即聚合物前驱体中的叔碳脱氢转化成季碳自由基; 第二阶段是链增长和链终止, 季碳自由基首先攻击碳甲基, 使甲基脱落生成新的自由基, 随着温度的升高, 自由基还会攻击硅甲基, 生成新的自由基。在生成新的自由基过程中使链增长。当自由基与自由基结合时, 链终止; 第三阶段是陶瓷化, 通过脱氢将已经无机化的中间产物转化成陶瓷, 形成无机三维连续非晶网络。第一、二阶段属于有机转变, 第三阶段属于无机转变。当转化成陶瓷时, 陶瓷内只含有Si、B、C和N四种元素, 端基完全脱落。     

SiC晶须对SiBCN基陶瓷复合材料性能的影响EI北大核心

采用超声结合球磨混料的工艺,在由聚硼硅氮烷(PSNB)裂解得到的SiBCN陶瓷中引入SiC晶须。研究了不同质量分数SiC晶须对SiBCN陶瓷基复合材料密度、硬度、弯曲强度及微观结构的影响。结果表明:随着SiC晶须添加质量分数由0%提高至25%,复合材料的密度先降后升,开孔率逐步上升,材料硬度逐渐下降,弯曲强度先升后降再升;SiC晶须质量分数为5%的SiC_(w)/SiBCN复合材料弯曲强度可达191 MPa,与未添加晶须的SiBCN纯基体弯曲强度(60 MPa)相比提升218%;XRD分析发现晶须的引入对烧结后复合材料的物相组成影响不大;观察材料断口微观形貌发现,晶须在基体中的存在方式主要有桥联和团聚搭桥两种,其中桥联有利于强化材料而团聚搭桥则会在基体内部形成孔隙进而降低材料强度。     

超声处理对RTM成型复合材料界面性能的影响

在RTM成型过程中采用超声技术。探讨了超声处理的最佳工艺参数,着重研究超声处理对RTM成型复合材料界面性能的影响。结果表明,在RTM成型过程中采用超声技术增加了树脂对纤维增强体的浸润性,使树脂中的空气和成型过程中产生的气泡易于排出,从而减少了复合材料的孔隙率,进而改善复合材料的界面性能。     

复合材料螺旋桨RTM成型工艺研究

为开展复合材料螺旋桨成型工艺的研究,分析了不同成型工艺的特点,提出采用树脂传递模塑成型技术(RTM)制作螺旋桨模型,制订了模具制备方案、纤维剪裁和铺层实施方案以及RTM工艺流程,制作了螺旋桨模型,并提出了工艺改进方案,进而开展了螺旋桨模型的强度试验.强度试验结果显示:随着载荷的增加,各测点处的应变值均呈线性增长,当加载到8 k N时各测点应变均在弹性范围内,桨叶未发生破坏.研究表明:采用本文制定的模具制备方案,特别是针对桨叶纤维布剪裁、铺层的难题提出的适合复杂型线纤维布剪裁和铺层的实施方案,用于成型夹芯复合材料螺旋桨模型可以满足预期强度要求,验证了本文工艺的可行性.     

低分子聚硅氮烷（LPSZ）／二乙烯基苯（DVB）的交联及其对裂解产物的影响

研究了ＬＰＳＺ／ＤＶＢ的交联反应及其对裂解物的影响。实验表明：其交联反应以加成和缩合反应的两种方式同时进行。加成反应的温度为１５０℃左右，部分加成反应的结果使其交联裂解产物的孔洞尺寸减小，裂解产物的裂解产率提高。裂解产物主要由非晶态Ｓｉ３Ｎ４和β－ＳｉＣ组成，还有少量ＳｉＯ２和游离Ｃ，加入ＤＶＢ后，其游离Ｃ含量增加。     

原位合成TiB2-TiC陶瓷基复合材料

分析了TiB2-TiC陶瓷基复合材料的原位生成机理,利用普通的热压烧结设备,以TiH2-B4C为原料原位合成了高性能的TiB-TiC陶瓷基复合材料。TEM和X射线衍射的研究结果表明：原位合成的复合材料中的TiB2为长柱状的显微形貌,从而提高了材料的断裂韧性。     

不同裂解升温速率制备的Cf/Si3N4复合材料性能研究

以聚硅氮烷为先驱体，研究先驱体转化过程中不同裂解升温速率对制备3D-BCf/Si3N4复合材料性能的影响。结果表明：随着裂解升温速率的提高，陶瓷基复合材料的力学性能明显提高，以10℃/min裂解升温速率制得的陶瓷基复合材料的弯曲强度达604MPa。     

制备工艺对炭纤维增强碳化硅基复合材料性能的影响

研究了炭纤维编织增强体的预处理工艺和基体致密化工对炭纤维增强碳化硅基复合材料性能的影响。研究表明，“涂层＋高温处理”工艺比单纯的高温处理工艺提高纤维强度保留率１３－４４％。涂层厚度对纤维强度保留率和复合材料强度也有影响。涂层厚度约为０．７μｍ时，效果最佳。采用“均热法化学气相渗透＋先驱体转化法”制备的碳／碳化硅复合材料密度可达２．０ｇ／ｃｍ＾３以上，弯曲强度和断裂韧性可分别达到６４３ＭＰａ和１７．     

氧化物陶瓷基复合材料中晶须／基体界面的特性及作用

本文研究了ＳｉＣ晶须增韧氧化物陶瓷基复合材料中的晶须／基体界面结构性质及其在补强增韧作用中的作用机制。ＴＥＭ观察结果表明：复合材料中的ＳｉＣｗ／Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ２／ＺｒＯ２（２Ｙ）和ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２（６Ｙ）界面结合致密，在分析电镜下未发现明显的界面过滤层或界面相，由于膨胀失配而受拉应力作用的界面基体一侧往往成为微裂纹形核的有利部位，ＺｒＯ２中ｔ－ｍ相变的体积膨胀效应可以抵消这种热应力，调整基体     

碳纳米管增强陶瓷基复合材料研究进展

碳纳米管因其独特的结构而具有许多独特的性能,除了在半导体器件、储氢、传感器、吸附材料、电池电极、催化剂载体等领域具有非常广阔和诱人的应用前景外,碳纳米管在制备结构、功能以及结构/功能一体化复合材料方面也将大有作为.本研究对国内外碳纳米管增强陶瓷基复合材料的研究状况进行了综合分析,指出了存在的问题及以后的发展方向.     

陶瓷纤维及其陶瓷基复合材料

介绍了连续陶瓷纤维及其陶瓷基复合材料在近年的研究进展,重点评述了陶瓷纤维以及陶瓷基复合材料制备工艺的研究现状,并对连续纤维陶瓷基复合材料的前景进行了展望。     

高温热处理对SiBCN/HfC复相陶瓷物相组成及微观结构的影响

采用高能球磨-机械合金化法制备出非晶SiBCN粉末,并用放电等离子烧结(SPS)法制备SiBCN/HfC复相陶瓷。用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、场发射透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等研究了高温热处理对其物相组成与微观形貌的影响。研究结果表明,在机械合金化制备非晶SiBCN粉体过程中引入的氧,使BN氧化生成B₂O₃。在陶瓷烧结时部分HfC发生氧化生成HfO₂,使1600℃热处理后, HfO₂经碳热还原反应还原成HfB₂,并在陶瓷基体内产生气孔。在1650和1800℃热处理过程中,HfO₂被还原成HfB₂后,基体中的HfC按照HfC+2C+B₂O₃=HfB₂+3CO反应转化为HfB₂。引入氧使SiBCN/HfC陶瓷在高温下发生物相转化,陶瓷基体也因气体产物的挥发变得疏松多孔。因此,控制氧含量对SiBCN/HfC复相陶瓷...     

连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展

连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料具有良好的高温力学性能、抗氧化性和化学稳定性，是航空航天和核能等领域新的高温结构材料研究的热点之一。回顾了增强体连续SiC纤维的发展，综述了SiCf／SiC材料的成型制备工艺、界面相对力学性能的影响和目前的应用研究，展望了连续纤维增强SiCf／SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点及发展前景。     

界面性能对陶瓷基复合材料拉伸强度的影响

基于陶瓷基复合材料拉伸试验现象引入了主裂纹损伤带的概念, 并将其宽度定义为界面脱粘长度. 由于界面性能对纤维应力集中有较大影响, 并且控制着材料的断裂模式, 分别给出了脆性断裂和韧性断裂的强度计算公式, 并引入了应力集中系数和界面脱粘能量释放率. 分析结果表明, 拉伸强度随着应力集中系数和界面脱粘能量释放率的增大而减小. 文中公式给出的预测值与试验值吻合较好, 表明断裂时纤维所承担的应力用脱粘段纤维平均应力来衡量是合适的.     

陶瓷基复合材料单纤维拔出过程分析

纤维埋入长度是单纤维拔出试验能否成功的关键因素之一,本文采用载荷位移曲线离散化方法将单纤维拔出过程离散为主要细观失效模式控制的不同阶段,建立了包含泊松效应影响的复合材料单纤维拔出力学模型,得到各阶段的载荷分布和位移分布。采用能量平衡失效准则建立了界面脱粘长度与外载荷的关系,针对SiC／RBSN陶瓷基复合材料,分析不同纤维埋入长度情况下,泊松比、界面摩擦系数等载荷位移曲线的影响。     

Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的显微结构表征

利用X-射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料的相组成、纤维/热解碳层的界面特征和超高温陶瓷基体的显微结构特征进行了表征。在碳纤维表面有一层厚度为2～3μm石墨化程度较高的热解碳界面层,该界面层可以避免采用PIP工艺制备超高温陶瓷基体时可能对碳纤维造成的损伤。热解碳层与碳纤维之间为弱机械结合,其界面间分布着20～30 nm的ZrC纳米颗粒。Cf/ZrC-ZrB2-SiC-C超高温陶瓷复合材料基体主要由ZrC,ZrB2,SiC和石墨相(Cg)组成。基体中石墨的(002)面沿着ZrC,ZrB2或SiC的表面生长。在石墨与ZrB2和石墨与SiC的界面没有观察到取向关系,界面处既没有反应层也没有非晶相存在。在石墨与ZrC之间存在ZrC(111)∥Cg(002),ZrC[110]∥Cg[010]的取向关系。ZrB2和SiC之间也没有界面反应和非晶层存在。     

Effect of Cold Plasma Treatment on the Mechanical Properties of RTM Composites

Cold plasma technology was used to treat the surface of carbon fibers braided by PET in this paper and SEM was used to analyze the fracture microstructure of composite interlaminar shear stress (ILSS). The result shows that the surface polarity of carbon fibers was modified by cold plasma treatment, which increases the impregnation of PET braided carbon fibers during the process of resin flowing, improves the interfacial properties of RTM composites, and therefore enhances the mechanical properties of the KTM composites.     

三维编织复合材料RTM工艺和力学性能

以气瓶、真空泵、热电烘箱组装了ＲＴＭ工艺装置，探索了三维编织碳／环氧６４８、碳／双马ＱＹ８９１１－ＩＶ成型的最佳温度、时间、压力等工艺参数，并用Ｘ射线对部分试质量谰定，研究了纺织工艺参数对力学性能的影响，结果发现随着编织角的增大，拉压模量和强度降低；编织角，尤其横向编织角影响泊松比；轴向纱能增加弹性模量和强度性能，减小泊松比。