多孔C泡沫预制体液相渗硅制备C/SiC复合材料研究

以多孔C泡沫为预制体,利用液相渗Si工艺制备了C/SiC复合材料。采用酚醛树脂浸渍-裂解工艺对C泡沫预制体的孔隙率进行调整,考察浸渍-裂解周期对C泡沫预制体孔隙率的影响,研究了C泡沫预制体孔隙率对C/SiC复合材料密度、力学性能、组成和结构的影响。结果表明:预制体孔隙率为72%时制备的C/SiC复合材料性能较好,其密度为2.58g/cm3、弹性模量为81.39GPa,抗弯曲强度为83.88MPa;随着预制体孔隙率的降低,复合材料的密度、弹性模量和抗弯曲强度不断降低,预制体孔隙率的降低影响液相Si充分扩散与C反应,造成复合材料内部存在大量闭孔,这是导致C/SiC复合材料性能下降的主要原因。     

碳纤维增强氮化物基复合材料的制备及其性能表征

合成了全氢聚硅氮烷和硼氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征；以混杂先驱体和3D碳纤维编制体为原料，采用先驱体浸渍-裂解（PIP）工艺制得了碳纤维增强氮化硼．氮化硅混杂基体的复合材料，并对复合材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了研究。结果表明，混杂先驱体中含有B—N，B—H，Si—N，Si—H，N—H等结构，无其它杂质出现；随着PIP工艺循环次数的增加，复合材料的密度随之提高：当进行4个循环时基本致密，密度达到1．50g／cm^3，弯曲强度达到156．4MPa；轨道模拟实验显示复合材料具有优异的抗烧蚀性能。     

炭纤维增强氮化物复合材料的制备及其烧蚀性能

合成了硼吖嗪和全氢聚硅氮烷的混杂先驱体并对其结构进行了表征;以混杂先驱体和3D炭纤维编制体为原料,采用先驱体浸渍-裂解(PIP)工艺制得了炭纤维增强氮化物基体的复合材料,并对复合材料基体的抗氧化性以及抗烧蚀性能进行了研究。结果表明:混杂先驱体中含有B-N、B-H、Si-N、Si-H、N-H等结构,无其他杂质;基体材料在空气中具有优良的抗氧化性能,温度升至1000℃时仍未发生明显的质量变化,明显优于C/C复合材料;四个PIP工艺循环所制得的复合材料烧蚀表面平整,氮化物基体比增强炭纤维具有更好的耐烧蚀性能。     

AlN陶瓷热导率影响因素的研究

基于AlN陶瓷的导热机理，从显微结构、材料组成、工艺因素三方面来对AlN热导率的影响进行了探讨。AlN高热导率取决于AlN晶间良好接触、第二相含量少呈孤岛状分布以及低气孔率的显微结构，而材料组成、制备工艺的优化是为了具有良好显微结构的AlN陶瓷得以实现和改善。     

多孔C/SiC复合材料的制备及其性能

以W丝作为成孔剂,采用孔隙预置技术制备了发汗多孔C/SiC复合材料,对其孔隙结构进行表征,研究了材料的力学性能和渗透行为.结果表明:采用孔隙预置技术能够有效的控制多孔C/SiC材料开孔率和孔隙结构,其孔隙主要由W丝去除后形成的直通孔组成,开孔率决定于W丝的体积含量,所制备的材料具有良好的力学性能和渗透性能.其弯曲强度达到358 MPa、弯曲模量达到124 GPa,断裂韧性达到16.7 MPa·m1/2,空隙率为23.5%,渗透率为1.02×10-3mm2,材料表现为韧性断裂模式,其孔隙的存在并没有对材料的力学性能产生明显的影响.     

界面涂层对液相硅浸渗制备C/SiC复合材料力学性能的影响

采用化学气相沉积工艺对短切碳纤维毡体进行界面涂层改性处理后树脂浸渍裂解得到了多孔C/C预制体,再将预制体液相硅浸渗制备了C/SiC复合材料.对比了纤维有无界面涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响,并分析了其断裂机制.结果表明,与无界面涂层改性相比,碳毡经化学气相沉积SiC涂层改性处理后制备的C/SiC复合材料的力学性能更好,强度和模量分别提高了192％和36％.界面涂层增强了纤维的抗硅化效果是C/SiC复合材料力学性能提高的主要原因,但同时复合材料也呈现出脆性断裂模式.     

新型基片材料——C/SiC复合材料

阐述了目前常用的3大类基片材料,即塑料基、金属基和陶瓷基材料,比较了3类材料的性能,得出了陶瓷基材料是综合性能较好的基片材料的结论,并比较了目前陶瓷基片材料中的Al2O3、AlN、BeO、SiC的性能,认为SiC作为基片材料具有良好的发展前景;针对单相SiC陶瓷固有脆性导致难以大尺寸成型的问题,提出了使用C/SiC复合材料制备基片材料的可能性,并综述了C/SiC复合材料的制备工艺,比较了3种工艺(PIP、CVI、LSI)所制备的材料的性能,认为液相渗硅(LSI)C/SiC复合材料制备大尺寸封装基片材料是未来最具前景的发展方向。     

低温化学气相沉积SiC涂层沉积机理及微观结构

由MTS-H2体系在1000～1300℃沉积了SiC涂层,研究了SiC涂层沉积速率和温度之间的关系,MTS-H2体系沉积反应的平均活化能为114kJ/mol,用理论模型证明了低温化学气相沉积SiC为动力学控制过程.SiC涂层表面的显微结构随沉积温度变化而呈现规律的变化:沉积温度T<1150℃时,CVD SiC涂层表面致密、光滑;T≥1150℃时,CVD SiC涂层表面变得疏松、粗糙.随着沉积温度的升高,CVD SiC涂层的结晶由不完整趋向于完整;当沉积温度T≥1150℃,CVD SiC涂层的XRD谱图中除了β-SiC占主体外还出现了少量α-SiC.     

两种碳纤维增强Cf/BN-Si3N4复合材料性能对比

采用XRD,XPS和SEM对T300和T700两种碳纤维的物相结构、表面成分以及表面形貌进行了分析.分别以两种碳纤维编织件为增强体,采用先驱体浸渍一裂解(PIP)工艺制备了Cf/BN-Si3N4复合材料,并对其力学性能和微观结构进行分析.结果表明,两种碳纤维的石墨化程度、表面活性均相近,表面形貌差别很大.两种纤维增强的复合材料密度相当,但力学性能以及断裂行为有明显区别.与T300碳纤维增强的复合材料相比,T700增强的复合材料弯曲强度更高,弹性模量略低,具有更好的韧性.碳纤维表面状态的差异是纤维与基体的结合强弱以及复合材料力学性能不同的主要原因.     

UD-Cf/SiC陶瓷基复合材料的高温拉伸性能

采用两种形状(纺锤形、矩形)的拉伸试样对热压单向M40JB-C_f/SiC和T800-C_f/SiC复合材料进行了高温拉伸强度测试,得到了C_f/SiC复合材料的拉伸强度,并对纺锤形试样断裂应变的表达式进行修正,得出了复合材料的弹性模量。M40JB-C_f/SiC复合材料1300℃的拉伸强度及模量分别为374 MPa和134 GPa, 1450 ℃的拉伸强度及模量为338 MPa和116 GPa,T800-C_f/SiC复合材料1300 ℃拉伸强度和模量为392 MPa 和115 GPa。测试结果与试样的断裂方式密切相关,在有效部位断裂的测试结果大于在非有效区断裂的测试结果。M40JB-C_f/SiC复合材料的拉伸断裂应力-应变曲线表现出塑性变形的非线弹性破坏特征,而T800-C_f/SiC主要表现为线弹性特征。