PIP工艺制备SiC晶须增强SiCf/SiC复合材料的性能

以不同界面层厚度的SiC纤维为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备SiC_f(PyC)/SiC复合材料,并在复合材料基体中引入SiC晶须,对其性能进行研究。结果表明:热解碳(PyC)界面层厚度约为230 nm时,SiC纤维拔出明显,SiC_f/SiC复合材料拉伸强度、弯曲强度和断裂韧度分别达到192.3 MPa、446.9 MPa和11.4 MPa?m^1/2;在SiC_f/SiC复合材料基体中引入SiC晶须后,晶须的拔出、桥连及裂纹偏转等增韧机制增加了裂纹在基体中传递时的能量消耗,使复合材料的断裂韧度和弯曲强度分别提高了22.9%和9.1%。     

CSCVI法制备C布增韧SiC基复合材料及其微观结构

为了提高CVI法制备C/SiC复合材料的致密化速度 ,提出了连续同步CVI(CSCVI)法制备C布增韧SiC基复合材料的技术路线 ,制备了C/SiC复合材料 ,并观察了其微观结构。实验结果表明 ,在CSCVI工艺中 ,SiC基体沉积速度越快 ,材料的致密化程度越大且致密效果越好。同时 ,SiC基体沉积速度只由沉积温度与MTS(CH3 SiCl3 )流量控制 ,使工艺的可操作性增强 ,工艺参数可在较大范围内变动     

单向SiC/SiC复合材料拉伸行为模拟研究

理解单向SiC/SiC复合材料在拉伸过程中的损伤破坏机制对掌握SiC/SiC复合材料的力学行为有着至关重要的意义。本文构建了一个单向SiC/SiC复合材料微观二维有限元模型,基于强度判定模拟纤维随机断裂过程;基于内聚力模型模拟界面脱粘现象;特别针对基体裂纹现象,通过均匀质方法和断裂能释放率建立了基体的连续介质损伤模型。结果显示,模型成功模拟了单向SiC/SiC复合材料在拉伸过程中的微观破坏机制和宏观力学行为。基体裂纹、纤维断裂、界面脱粘这3种微观破坏机制之间共同作用、相互影响,最终造成了材料整体的失效。本文中获得的结果将有助于进一步理解单向SiC/SiC复合材料拉伸行为,有利于材料性能的提高。     

SiC/SiC mini复合材料拉伸性能分散性的数值仿真方法

建立了一种能够高效计算连续纤维增强SiC/SiC陶瓷基复合材料力学性能统计分布函数的数值仿真方法。建立SiC/SiC mini复合材料简化二维胞元模型,输入组分材料力学性能参数的概率分布函数,得到胞元的力学性能。将胞元作为mini复合材料二维模型的单元对模型进行网格划分,并赋予其材料性能参数,从而得到mini复合材料的拉伸应力-应变曲线。经多次重复计算得到了mini复合材料拉伸应力-应变曲线的概率分布函数。从结果中发现,SiC/SiC mini复合材料拉伸强度满足威布尔分布,且相比于纤维和基体强度的模数,复合材料拉伸强度的模数增大,即分散性减小,同时尺度参数降低,表明mini复合材料出现概率最大的拉伸强度值变小;随着纤维和基体强度概率分布威布尔模数的增大,mini复合材料拉伸强度的尺度参数有增大的趋势。      

SiC含量对Ti_3SiC_2/SiC复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2/SiC复合材料,针对SiC含量对该复合材料致密化程度、力学性能以及应力.应变行为的影响进行了研究.结果表明:(1)随着SiC含最的增加,试样难于致密,试样需要在更高的温度才能达到较高的致密度;(2)随SiC含量的增加,Ti3SiC2/SiC复合材料弯曲强度和断裂韧性提高,但SiC含量达到50%时,由于复合材料含有较多的孔洞,使强度和断裂韧性降低;(3)Ti3SiC2/SiC复合材料在常温下表现为非脆性断裂.     

SiC/ Cu 复合材料的性能

采用磁控溅射技术制备了SiC/Cu复合材料和SiC、Cu膜.用SEM和XRD对材料的微观结构进行观察和分析,压痕测试和拉伸实验结果表明:SiC/Cu复合材料的层状结构清晰,其韧性和拉伸强度相对于SiC材料有很大提高,但显微硬度有所降低.断口分析表明:裂纹偏转、金属塑性变形、宏观桥联等是其拉伸强度提高的主要原因.     

不同纤维束下SiC陶瓷基复合材料拉伸强度及拉伸行为研究

为了探究C纤维和SiC纤维对SiC陶瓷基复合材料力学性能的影响,采用化学气相浸渗法(CVI)制备了纤维束复合材料Mini-C/SiC和Mini-SiC/SiC,测试了C纤维束、SiC纤维束、Mini-C/SiC和Mini-SiC/SiC复合材料的拉伸强度,利用两参数Weibull分布模型研究了强度分布,并观察了复合材料的断口形貌。结果表明:两参数Weibull分布可有效合理地表征强度分布,并准确地进行强度预测。Mini-C/SiC复合材料的拉伸强度高于Mini-SiC/SiC复合材料,且C纤维束和Mini-C/SiC复合材料拉伸强度的分散性低于SiC纤维束和Mini-SiC/SiC复合材料。C纤维束发生韧性断裂,SiC纤维束发生脆性断裂。当基体裂纹达到饱和状态时,Mini-C/SiC复合材料继续变形直至断裂,而Mini-SiC/SiC复合材料随即发生断裂,Mini-C/SiC复合材料的断口主要以纤维丝和纤维簇的拔出为主,而Mini-SiC/SiC复合材料的断口主要以纤维丝的拔出为主。该实验结果将为SiC陶瓷基复合材料的设计与制备提供参考与借鉴。     

单向Hi-Nicalon/SiC复合材料的工艺与性能

对比了采用先驱体转化法及热压法制备的单向Hi-Nicalon纤维增强SiC基复合材料的性能差异,结果表明制备工艺对复合材料的微观结构和性能有极大的影响.采用先驱体转化制备的Hi-Nicalon/SiC复合材料具有较好的性能,弯曲强度为703.6MPa,断裂韧性为23.1MPa@m1/2;两种工艺制备的碳化硅基复合材料性能产生差别的主要原因是高温下Hi-Nicalon纤维的性能下降.     

SiC/SiC复合材料涡轮叶片结构设计及静强度评价

以高温合金低压涡轮叶片为原型，研究了采用SiC/SiC复合材料进行该型涡轮叶片结构设计的可行性。完成了SiC/SiC叶片的宏观设计、榫头设计和细节设计。计算分析了金属和复合材料涡轮叶片的变形和应力特点。对按设计制备的SiC/SiC叶片开展了拉伸强度测试，并在试验中监测了叶片的应变。计算结果表明：SiC/SiC叶片在额定状态下的伸长量低于原金属叶片；叶身叶根与缘板过渡处应力水平最高，但低于SiC/SiC复合材料的拉伸强度；榫头榫颈处有发生局部剪切破坏的风险。试验结果表明：该SiC/SiC叶片的断裂明显呈现出拉伸失效模式，以断裂转速计算的静强度储备系数约为1.3；所采用的SiC/SiC叶片结构设计方法可行，所制备的复合材料叶片也顺利通过了实验室条件下的静强度考核。     

高致密反应烧结SiC_f/SiC复合材料的微观结构与性能

SiC_f/SiC陶瓷基复合材料是航空发动机热结构部件的关键材料。基于国产KD-II碳化硅纤维,利用反应熔渗工艺制备了高致密的SiC_f/SiC复合材料,研究了其微观结构、常温/高温力学性能、热物理性能和高温长时氧化稳定性。反应熔渗制备的SiC_f/SiC显气孔率仅为1.6%,室温弯曲强度为(521±89)MPa,1200℃高温弯曲强度为(576±22)MPa,呈非脆性断裂特征,具有优异的高温力学稳定性。厚度方向常温热导率高达41.7W/(m·K),1300℃热导率为18.9W/(m·K)。SiC_f/SiC复合材料经1200℃氧化1000h仍保持非脆性断裂特征,弯曲强度为(360±54)MPa,仅下降19%,仍保持非脆性断裂特征。反应烧结制备的SiC_f/SiC复合材料具备优异的耐高温抗氧化性能,有望满足航空发动机热端部件对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料的应用需求。     

SiC_(f)/SiC复合材料铣削加工表面质量北大核心CSCD

使用PCD立式铣刀对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的SiC_(f)/SiC复合材料开展单因素铣削试验,通过对加工中产生的切削力和加工后的表面粗糙度进行测量,分析了铣削工艺参数对其的影响;对加工表面、纤维断口进行SEM分析,讨论了SiC_(f)/SiC复合材料加工表面的形成。研究结果表明,表面粗糙度与切削力的变化趋势相同,高主轴转速和小切削宽度有利于得到表面粗糙度较小的加工表面;近孔洞区域与远离孔洞区域的材料去除方式不同;材料中纤维发生面内偏移和层间屈曲,纤维存在多种去除方式。     

新型反射镜材料——碳化硅

对几种常用反射镜材料的物理性能和工艺性能进行了比较，研究了碳化硅轻质反射镜的制作工艺，结果认为：反应烧结是实现这种材料作为反射镜材料的巨大潜力的最有效的工艺，可以实现形状复杂产品的近净尺寸成型，样品在烧结过程中无收缩；样品处理时间短；无需特殊设备，在烧结过程中无需加压，样品尺寸原则上仅受烧结炉大小的限制,帛品近乎安全致密。这项研究的突破，主要依赖于反射镜成型方法及反射镜面光学加工的研究进展。最后简述了美国和俄罗斯在这方面的研究进展。     

新型碳化硅先驱体的制备及其性能研究

采用溶胶凝胶法，以正硅酸乙酯和酚醛树脂为原料，在草酸和六次甲基四胺的催化作用下，制备出了不含硫和氯等有害杂质的均相碳化硅先驱体，并在特定条件下，对所得先驱体进行烧结，使之转化为陶瓷。结果表明，溶胶凝胶法制得的先驱体呈黄色透明的玻璃态，其微观组成为几十纳米的微粒，树脂与SiO2可能通过氢键相互作用，有利于树脂在先驱体中均匀分布而形成均相先驱体，其陶瓷产率为78％；另外硝酸镍的加入对先驱体烧结过程中β-SiC的生成起到明显的促进作用。     

碳化硅反射镜材料性能预测

预测了反应烧结SiC（RBSiC）的物理及部分力学性能与游离Si含量的变化关系，并对预测值与测量值进行比较以验证其符合程度。经预测，随Si含量的增加，RBSiC的密度呈线性下降，尤其是气孔对材料密度的影响非常明显;线膨胀系数和热导率均应呈加速上升趋势，比热容稍有下降；各模量均有下降趋势。随着气孔的增加，RBSiC的膨胀量变化不明显，比热容和热导率均呈减速下降趋势。RBSiC测量值与预测值产生偏差是因为材料中Si含量的增加导致缺陷增多以及计算性能用数据有偏差所致，但预测仍能较符合RBSiC性能随Si含量变化趋势，因此认为预测值较为合理可作为性能参考值使用。     

先驱体转化法含硼连续SiC纤维研究进展

含硼连续SiC纤维是很有前景的耐高温陶瓷纤维,室温拉伸强度达到3.0 GPa,耐温1 400℃以上。本文综述了国内外先驱体转化法含硼连续SiC纤维的基本性能和制备方法,并分析比较了各国含硼连续SiC纤维的性能以及制备方法的特点,进而提出制备含硼连续SiC纤维的新思路。     

碳化硅材料被动氧化机理及转捩温度分析

对SiC材料的抗氧化性能进行了试验,研究了该材料的氧化机制以及由被动氧化至主动氧化的转捩温度.结果表明,SiC材料在一定的氧分压环境中,表面温度低于转捩温度时,会在表面形成SiO2薄膜,薄膜厚度和时间的平方根成正比.表面温度高于转捩温度时材料发生主动氧化,材料表面发生烧蚀.     

全碳素坯密度对反应烧结SiC的影响

以石墨粉体为原料,酚醛树脂为粘接剂,采用模压成型工艺制备了全碳质素坯,反应烧结后得到S iC材料。研究了成型压力和酚醛树脂含量与素坯密度的关系,探讨了素坯密度对S iC材料的组成、结构和性能的影响。     

影响碳化硅基复合材料机械性能的工艺因素

介绍了纤维及预制体成型、高温处理、界面技术、基体致密化及后处理等工艺因素对碳化硅基复合材料机械性能的影响。基体密化工艺是影响复膈材料性能最为主要的因素,化学气相渗透工艺制备的碳化硅基复合材料的强度和韧性明显高于其它工艺制备的复合材料,预制体高温处理可提高纤维在基体复合材料及使用过程中的高温稳定性,减少纤维／基体界面的热应力,但高温处理会引起纤维强度大幅度下降,在高温处理前先进行中间相涂层处理,不仅     

掺混型碳化硅纤维微波吸收剂的制备

运用功率超声将平均粒径３０ｎｍ的超细金属铁粉均匀分散到聚碳硅烷中，通过熔融纺丝，不熔化处理，烧结，制备出具有良好力学性能，电阻率连续可调的掺混弄烨奔走陶瓷纤维。     

C形、中空截面碳化硅纤维的成形工艺研究

以聚碳硅烷(PCS)为原料，经C形喷丝板熔融纺丝制备C形、中空截面PCS原丝后，再经不熔化和高温烧成后得到C形、中空截面SiC纤维。文中讨论了纺丝温度、N2压力和收丝速度对两种PCS纤维当量直径和异形度的影响，以及不熔化和烧成工艺对SiC纤维截面形状的影响。结果表明，纺丝温度对C形、中空PCS纤维当量直径和异形度影响较大；合适的纺丝工艺和不熔化及烧成条件下可以得到高异形度低当量直径的C形、中空截面SiC纤维。