内部硅化法制备低成本C/SiC复合材料

采用内部硅化法制备了低成本C/SiC复合材料,通过三点弯曲法表征了复合材料的强度,采用X射线衍射(XRD)分析了基体组成,通过扫描电镜(SEM)研究了纤维/基体界面和复合材料断裂面的微观结构.结果表明,纤维表面沉积CVD-SiC保护涂层能够有效保护碳纤维不被硅侵蚀,调整硅粉和酚醛树脂配比使C∶Si摩尔比等于10∶ 9,可消除SiC基体中的残余自由硅.研制的低成本2D C/SiC复合材料的弯曲强度和剪切强度分别达到247MPa与13.6MPa.2D C/SiC复合材料的断裂行为呈现韧性破坏模式,在断裂面存在大量的拔出纤维,复合材料的断裂韧性(KIC)达到12.1MPa·m1/2.     

3D C/SiC复合材料的孔隙率与性能的关系

用浸债裂解法（PIP）和均效化学气相渗透法（ICVI）混合工艺制备了3DC／SiC复合材料,研究了3DC／SiC复合材料中基体含量。孔隙分布特征与复合材料性能的关系。结果表明,基体中CVI－SiC相对含量增加,开孔率增加,闭孔率减少,复合材料的弯曲强度和抗氧化性能提高。孔隙对复合材料性能的影响关系是由两种基体的特点、结构、致密化工艺及氧化机理决定的。     

超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的研究进展

超高温复合材料的制备技术是制约新一代航天器发展的一项重要技术,为此近年来国内外积极研制耐超高温、抗烧蚀甚至零烧蚀的复合材料。概述了应用于航天领域的高温热结构复合材料C/SiC和超高温陶瓷材料的研究进展,综述了超高温陶瓷改性C/SiC复合材料的改性机理及制备方法,最后提出了今后研究的重点。     

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．     

不同ZrC含量的(C/C)/SiC-ZrC复合材料的抗烧蚀性能

采用先驱体转化(PIP)法制备了不同ZrC含量的(C/C)/SiC-ZrC复合材料,考察了ZrC含量对复合材料微观结构和抗烧蚀性能的影响。结果表明,氧乙炔烧蚀600 s后,(C/C)/SiC复合材料表面疏松,出现了较大的烧蚀凹坑;而(C/C)/SiC-ZrC复合材料表面相对较致密,被白色氧化物质覆盖,烧蚀率均有所降低。在较低的ZrC含量下,(C/C)/SiC-ZrC复合材料表面形成ZrO₂-SiO₂二元共熔体系氧化膜,有效抑制氧化性气氛向复合材料内部渗透,同时氧化物不断熔化和挥发,降低了复合材料烧蚀表面的温度;而当ZrC体积分数为12.4vol%时,在烧蚀过程中(C/C)/SiC-ZrC复合材料表面能形成一个ZrO₂外层/SiO₂内层的双层结构保护膜,ZrO₂是一种优异的热障材料,且导热系数较低,使烧蚀过程中烧蚀区域热扩散降低,因此(C/C)/SiC-ZrC复合材料表现为较高的表面温度,但双层氧化膜阻挡有氧气氛进一步进入复合材料内部,使复合材料表现出优异的抗烧蚀性能。      

用Ti+Cr活性钎料高温钎焊高强石墨

用Ti Cr活性钎料对高强石墨进行了高温钎焊试验。研究了焊接温度、保温时间、降温速率对试样连接强度的影响。确定最佳工艺为：焊接温度1420℃,保温时间2min,随炉冷却。所得连接件的最高弯曲强度为石墨母材的57％。微观结构研究表明,在石墨／焊料界面处形成了2个反应层：一个为富Cr的反应层,一个为富Ti的反应层。XRD分析表明：富Cr的反应层由Cr2Ti和Cr33C6组成;富Ti的反应层由TiC,Ti和Cr7C3组成;焊料内部主要含有TiC,Cr2Ti和Cr33C6。     

炭纤维针刺预制体增强C/SiC复合材料的制备与性能研究

以炭纤维复合网胎针刺织物为预制体, 采用“化学气相渗透法+先驱体浸渍裂解法”(CVI+PIP)混合工艺, 制备了C/SiC陶瓷复合材料; 研究了针刺预制体的致密化效率以及复合材料的微观结构和力学性能, 并与目前常用的三维编织C/SiC复合材料和预氧丝针刺织物增强C/SiC复合材料进行了对比. 结果表明, 针刺预制体的致密化效率明显高于三维编织预制体, 在相同致密工艺条件下, 炭纤维针刺织物增强复合材料和预氧丝针刺织物增强复合材料的密度分 别达到2.08和2.02g/cm³, 而三维编织预制体增强复合材料的密度仅为1.81g/cm³. 炭纤维针刺复合材料的力学性能高于预氧丝针刺复合材料, 弯曲强度和剪切强度分别达到237和26MPa.     

改性C/C复合材料高温抗氧化研究现状

C/C复合材料超高温氧化防护问题严重限制了高超声速飞行器的快速发展。C/C复合材料高温氧化防护措施主要有两种,即涂层技术和基体改性技术。综述了SiC陶瓷改性C/C复合材料以及ZrC、ZrB_2、HfC等超高温陶瓷改性C/C复合材料的研究现状,并对C/C复合材料高温抗氧化研究方向提出了一些见解。     

ZrB2-SiC复相陶瓷涂层制备及其保护C/C-SiC复合材料性能

为提高C/C-SiC复合材料的超高温抗烧蚀性能,通过浆料涂刷和高温烧结相结合的方法在C/C-SiC复合材料表面制备了ZrB₂-SiC复相陶瓷涂层,利用EDS、SEM对涂层的成分及微观形貌进行了分析。对涂层材料的力学性能和抗烧蚀性能进行了表征,结果表明：制备的ZrB₂-SiC复相陶瓷涂层保护C/C-SiC复合材料的拉伸强度、弯曲强度及剪切强度分别为147 MPa、355 MPa和21.9 MPa,与无涂层保护的针刺C/C-SiC复合材料的力学性能相比略有下降。涂层材料具有良好的抗氧化烧蚀性能,经过热流密度为3 200 kW/m²的氧乙炔火焰烧蚀600 s试验,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.001 mm/s和0.0006 g/s。     

天线罩透波材料研究

主要进行了甲基硅树脂基透波材料介电性能研究,结果表明,采用甲基硅树脂做为透波材料基体研制的高性能透波复合材料介电性能优良,材料经800～1200℃高温处理后在电磁波频率为9.30GHz时测试的介电常数小于3.5、材料透波率高达90%以上,能够满足雷达天线罩在800～1200℃工作时对天线罩材料的电性能要求,是比较理想的耐高温高性能透波复合材料.