SiC含量对反应烧结SiC-Si3N4复合材料性能的影响

以粒度均≤0.044mm的工业Si粉和α-SiC粉为原料,酚醛树脂为结合剂(占总粉末质量的6.5%),配成SiC含量(质量分数)分别为10%、30%、50%和70%的4组试样,经200MPa冷等静压成型后,在N2气氛中(压力为1.25MPa)于1395℃反应烧结制备了SiC-Si3N4复合材料,并采用SEM、XRD和EDS等测试手段对试样进行了观察和测试。结果表明:随着粉料中SiC含量的增加,烧后试样的体积密度下降,显气孔率提高,抗折强度降低,以SiC加入量为10%的试样性能最优;4组试样经800℃～室温空冷热震15次后的抗折强度保持率均在90%以上,表明材料具有良好的抗热震性能。     

化学气相沉积层状BCx/SiC涂层自愈合机制

采用化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)在SiC上制备了BCx涂层,研究了静态空气条件下BCx的氧化行为,并获得BCx氧化的动力学参数,对裂纹的愈合时间进行了预测.采用压痕法,在BCx/SiC层状结构中预制微裂纹,以观察B2O3玻璃相对裂纹的愈合情况.通过扫描电镜(SEM)对裂纹的愈合情况进行观察,结果表明,理论预测结果与实验验证能够很好地吻合.     

C/SiC复合材料的氧化对其内耗行为的影响

通过分析C/SiC在高温(1250、1300和1350℃)空气氧化过程中质量、强度、物相、气孔率、微观形貌演变规律, 并同时采用动态热机械分析仪测得内耗的变化趋势, 研究了氧化对其内耗行为的影响规律, 进而为以内耗表征复合材料的氧化行为奠定基础。为明确C/SiC各组元在氧化与内耗行为对应关系中所发挥的作用, 进一步研究了SiC陶瓷在1300℃、空气中的氧化与内耗行为之间的对应关系。结果表明: SiC陶瓷氧化对其内耗行为的影响规律不明显且影响程度较弱; C/SiC在氧化过程中的内耗行为受C相的氧化损伤控制, 且作用规律明显, 其内耗保持率曲线均出现峰值, 其中1250、1300和1350 ℃的峰值分别为6.65、3.48和1.59。     

C/SiC摩擦材料的制备及摩擦磨损性能

通过化学气相渗透法(CVI)结合反应熔体浸渗法(RMI)制备了低成本、高性能的C/SiC飞机摩擦材料, 并模拟飞机正常着陆条件进行了摩擦磨损实验. 实验结果表明: C/SiC是比C/C更优的飞机摩擦材料, 具有动、静摩擦系数高(分别为0.34、0.41), 湿态几乎无衰减(约2.9%), 磨损小(约1.9μm/次), 摩擦性能稳定等特点. 并采用金相显微镜、扫描电镜等对C/SiC摩擦材料的摩擦面以及磨屑形貌进行了观察, 并对其磨损机理进行了探索. 结果表明, 磨损机理以磨粒磨损为主, 同时由于垂直于摩擦面的纤维束增强了其层间抗剪切能力, 从而提高了其抗磨损性能.     

C/C复合材料在原子氧辐照下的结构性能演变

通过分析失重率、显微形貌变化讨论了原子氧辐照对C/C复合材料以及SiC基体改性C/C复合材料(C/C-SiC)的损伤机制; 并通过热膨胀系数(CTE)、热扩散率(TD)以及弯曲强度等性能的变化, 进一步讨论了原子氧辐照损伤对材料热物理及力学性能影响。结果表明, C/C复合材料受原子氧辐照损伤是物理化学综合作用, 属于冲击诱发-增强表面化学刻蚀; SiC组元表现出良好的抗原子氧侵蚀性能, 阻碍了原子氧向材料内部侵蚀, 但是SiC组元在更长时间辐照后出现机械破损; C/C复合材料在原子氧辐照下失重率呈线性增加, 而C/C-SiC复合材料失重率小于C/C复合材料且增长幅度越来越小; C/C复合材料和C/C-SiC复合材料的整体结构性能在辐照损伤后发生了一定变化。     

二维石英纤维增强多孔Si3N4-SiO2 基复合材料的制备及其力学性能

采用浆料法结合真空浸渗工艺, 制备了二维(2D)石英纤维增强多孔Si₃N₄-SiO₂基复合材料。采用X射线衍射技术就粘结剂种类和氮化硅的加入对材料析晶性能的影响进行了分析, 采用扫描电镜对不同浸渗次数复合材料的截面和断口形貌进行了观察, 并采用裂纹偏转因子对复合材料断裂模式进行了分析。结果表明, 粘结剂中杂质Na+促进了石英析晶, 而Si₃N₄对石英析晶影响不大。增加浸渗次数虽不能有效提高复合材料强度, 但却使裂纹偏转因子变小, 断裂模式由韧性断裂向脆性断裂转变, 断口形貌由纤维成束拔出变为多级拔出。      

2D C/SiC复合材料的可靠性评价

采用概率论和数理统计方法, 以研究分析2D C/SiC复合材料的弯曲强度分布规律为切入点, 比较了失效概率预测值与实验值, 用可靠度、 风险函数和可靠强度评价了该材料可靠性。通过线性回归分析和拟合优度检验得到正态、 对数正态和三参数Weibull分布模型均可表征其弯曲强度分布规律; 确定了该材料弯曲强度失效概率、 可靠度函数、 风险函数和可靠强度的数学模型中的参数, 可以预测给定强度条件和许用可靠度条件下的多种可靠性指标; 材料弯曲强度均值的三种模型预测值与实测值最大相对误差仅0.07%, 计算得到的失效概率曲线与实验弯曲强度的失效分布均符合很好。      

CVD法制备B-C体系材料

以BCl₃-C₃H₆-H₂为反应体系, 采用化学气相沉积法(CVD)在炭纤维束上制备了B-C体系材料, 研究了沉积温度的影响。利用SEM和XPS对BC_<em>x层的微结构、 元素含量和化学结构进行表征, 并结合化学反应过程, 探讨了导致沉积产物形貌、 成分和键结合状态的差异原因。结果表明, 沉积温度对B-C层生长速率和断面形貌均有较大影响: 900℃沉积时, 沉积较慢, 断面平整; 1000℃时, 沉积速度加快, 断面呈显著片层状结构; B-C层内B元素原子含量随沉积温度升高而降低; 沉积产物内B元素键结合状态有: B₄C、 B替代C、 BC₂O、 BCO₂和B₂O₃。沉积温度不仅影响B元素键结合状态, 而且还影响各结合状态的含量。B₄C在900℃时含量为0, 在1000℃时达到最大值32.5at%; B替代C在900℃时含量最高, 然后随温度升高而下降, 在1050℃时其含量又有所升高。      

先驱体浸渍裂解C/SiCN复合材料的拉伸行为与基体开裂机制

采用先驱体浸渍裂解法制备陶瓷基复合材料过程中会形成基体裂纹和孔隙,基体开裂和裂纹演化机制是工艺设计和性能优化的依据。本研究采用真空旋转浸渍–裂解法制备了无界面相的纤维束C/SiCN复合材料,分析了该材料的拉伸性能和基体裂纹增殖现象,讨论了浸渍裂解次数和热处理温度对基体裂纹的影响规律。研究结果表明:当热处理温度为1000～1400℃时,该复合材料的化学组成变化较小;热处理温度达到1600℃时,先驱体转化的SiCN基体分解,C含量降低,SiC含量升高。随浸渍裂解次数由1次增加到4次,该复合材料的平均拉伸强度分别提升14.19%、38.83%和63.47%,同时基体裂纹间距和裂纹开口距离均逐渐减小,基体纤维结合增强,断口纤维拔出减少。热处理温度从1000℃升高到1400℃,C/SiCN拉伸强度缓慢增大;热处理温度为1600℃时,SiCN基体由无定形的SiC_xN_4–x四面体向SiC晶体转变,基体与纤维脱粘,二者结合强度降低,同时基体体积收缩使C纤维损伤,导致该复合材料拉伸强度陡然下降30.0%。     

C／SiC复合材料盲孔缺陷深度的红外热成像定量测量

利用在三维针刺C／SiC复合材料板上设计不同直径和深度的盲孔作为试样,模拟材料表面下的孔洞缺陷。采用红外热成像技术对试样盲孔缺陷进行检测,获得盲孔缺陷信息,通过最大温差法和InT—Int陆线二阶导数最大值法两种分析方法测量盲孔的深度并分析所产生的误差。结果表明：两种方法都可以实现对盲孔缺陷深度的定量测量,但产生的测量误...