先驱体转化法制备致密SiC／Si3N4复相陶瓷异形件—烧结工艺研究

研究了以陶瓷先驱体为粘合剂成型并转化制备致密ＳｉＣ／Ｓｉ３Ｎ４复相陶瓷异形件的烧结工艺及其对烧结体的结构和性能的影响。     

BAS粘接碳化硅材料的性能

采用原位生成钡长石为烧结助剂,研究BAS/SiC复相陶瓷的低温无压液相烧结工艺,制备高致密度的陶瓷材料。通过XRD、SEM及力学试验机等研究烧结温度、BAS含量对复相碳化硅陶瓷的致密化、组织结构及力学性能的影响。结果表明:在1800℃温度下原位生成了BAS相,运用无压液相烧结法制备出了密度达到3.2 g/cm~3的BAS/SiC复相陶瓷;陶瓷中BAS以六方结构析出、SiC颗粒均匀分布;烧结温度不宜超过1800℃,温度过高将促使碳化硅颗粒长大,损伤陶瓷材料抗弯强度和断裂韧度;当复相BAS/SiC陶瓷中BAS质量分数为30%时,弯曲强度达到413 MPa,模量达到210 GPa,断裂韧度达到5.03 MPa·m~(1/2)。     

三维网络碳化硅多孔陶瓷的制备

以中间相沥青添加55%(质量分数,下同)的Si粉混合物为原料,制备了含Si的炭泡沫模板。在高温反应烧结炉中,氩气气氛下1500℃保温1～6h,结合反应烧结工艺制备了碳化硅多孔陶瓷。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、物相组成进行了观察,并对熔融Si与C的反应机理进行了探讨。结果表明:碳化硅多孔陶瓷的微观结构与炭泡沫模板的微观结构一致,烧结温度1500℃下,随着保温时间的延长,多孔陶瓷的弯曲强度先增大后减小,而孔隙率先减小后增大;在保温4h的条件下制备的碳化硅多孔陶瓷主要由β-SiC相组成,最大弯曲强度为26.2MPa,对应的孔隙率为45%。内部熔融的Si与外部熔融的Si同时与C反应生成SiC,最后两者结合在一起形成致密的SiC多孔陶瓷。     

先驱体转化制备SiC／Si3N4复相陶瓷异型件——成型工艺研究

研究了以先驱体为粘合剂制备ＳｉＣ／Ｓｉ３Ｎ４复相陶瓷异型件的成型工艺，以及各成工艺参数对后续烧成，烧结工艺和制品性能的影响。     

碳化硅短切纤维电磁特性改进研究

通过表面化学镀镍并进行适当的热处理,可调节碳化硅纤维的电磁性能。研究了ＳｉＣ表面化学镀金属镍的工艺条件,在ＳｉＣ纤维表面制得较为均匀致密的金属镍镀层;研究了镀镍ＳｉＣ纤维在热处理过程中的结构组成变化,以及制备工艺条件对所制备的吸收剂的电磁参数的影响。     

航空发动机叶片用陶瓷型芯的光固化增材制造研究现状

随着对高推重比和高效率航空发动机日益增长的需求,发动机叶片正朝着复杂空心结构的方向发展,而这对高性能复杂结构的陶瓷型芯提出了更高的要求.与此同时,基于光固化原理的增材制造技术可以实现无模具条件下的高精度、快速以及综合性能优异的陶瓷型芯制备.然而,目前基于光固化增材制造的陶瓷型芯制备工艺依旧面临控制尺寸精度、优化脱脂烧结...     

超燃冲压发动机燃烧室新型热结构的优化设计

为了探寻超燃冲压发动机工程设计的方法,解决超燃冲压发动机燃烧室严峻的热防护问题,设计了一种基于碳化硅陶瓷基复合材料的复合结构形式的主动冷却结构方案;建立了超燃冲压发动机燃烧室热结构设计模型和燃烧室惰性质量估算模型;基于遗传算法,以热结构各层厚度、槽宽、肋宽和肋高为待优化参数,进行了单目标和多目标优化设计。以燃烧室惰性质量最小为目标进行优化设计后,惰性质量减少了21.7%,得到最小惰性质量下的热结构尺寸;以惰性质量最小、冷却液流量系数最低为目标进行优化设计后,得到了Pareto最优前沿及对应的热结构尺寸。     

碳化硅陶瓷喉衬试验研究

本文扼要地介绍了碳化硅陶瓷材料的概况和一般特性,并通过两种不同尺寸、不同工作条件的固体火箭发动机的试验研究,阐述了采用两种烧结工艺的碳化硅陶瓷作为喉衬材料,在固体火箭发动机上的应用情况,为该材料的推广应用提供了依据。     

先驱体转化—热压烧结碳纤维增韧碳化硅复合材料的显微结构

采用ＸＲＤ,ＨＲＴＥＭ 和ＳＥＭ 等分析测试手段,研究了以聚碳硅烷（ＰＣＳ）为先驱体和粘结剂,Ｙ２Ｏ３ 和ＡｌＮ 为烧结助剂,采用先驱体转化－热压烧结法制备的Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料的显微结构。结果表明,Ｙ２Ｏ３ 主要与ＰＣＳ的裂解产物以及ＡｌＮ 和ＳｉＣ表面的氧化物发生反应,形成有助于复合材料致密化的液相,而ＡｌＮ 则与烧结液相和ＰＣＳ之间通过反应－ 溶解－ 沉积过程,形成主要分布于界面相中的微小ＳｉＣ－ＡｌＮ 固溶体。正是由于含有一定量ＳｉＣ－ＡｌＮ 固溶体的富碳界面相使纤维与基体之间的结合适中,纤维易发挥脱粘和拔出作用,复合材料具有很好的力学性能     

燃气轮机无冷却高温受感部设计及应用

针对某型燃气轮机低排放燃烧室出口温度场测量无法采用常规气冷受感部的实际问题,基于高温陶瓷复合材料设计并 应用了一种无冷却高温受感部。通过对高温陶瓷复合材料进行力学性能试验、氧化规律试验,首次将该材料应用于受感部主要承 力部件,降低了设计及装配复杂度,避免了在试验过程中引入冷却介质、过多占用台架资源的问题,同时通过“内埋”式屏蔽罩设计 提高了受感部的测试精度,计算结果表明：受感部的综合误差满足±1%的测试精度要求。燃烧室温度场测量试验结果表明：高温 陶瓷复合材料能够在1200 ℃以上的高温环境下作为受感部主要承力部件使用,且温度数据变化情况与试验状态变化情况一致, 能够反映燃烧室出口温度分布规律。     

Combustion Synthesis of h-BN-SiC Ceramic Composites

The feasibility was demonstrated to fabricate h-BN-SiC ceramics through combustion synthesis of the mixture of boron carbide and silicon powders under 100 MPa nitrogen pressure. The mass fraction of BN and SiC in the combustion products were found to be 72 % and 28 % respectively. The thermodynamics of the synthesis reaction and the adiabatic combustion temperature were calculated on the theoretical ground. The bending strengths of the ceramics were measured to be 65.2 MPa at room temperature and 55 MPa at 1350 ℃. The phase composition and microstructure of the combustion products were identified by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM).     

反应烧结氮化硅陶瓷模具拉深不锈钢的试验研究

在ＹＡ－１００型四柱液压拉深机上，进行了用反应烧结氮化硅材料凹模拉深不锈钢（ＳＵＳ３０４）的试验研究。结果证明：与水基润滑剂配合，反应烧结氮化硅陶瓷材料模具拉深ＳＵＳ３０４不锈钢时，拉深件不产生划痕、划伤等表面缺陷，拉深件废品率低于０．１％，模具表面也不产生拉深棱缺陷，是可以替代金属模具拉深不锈钢的新一代模具材料，应用前景广阔。     

固体火箭冲压发动机补燃室硅基绝热层烧蚀模型

为了评估固冲发动机硅基绝热层的烧蚀性能,对硅基绝热层的烧蚀形成机制进行了分析并建立了数值模型。硅基绝热层烧蚀由气动冲蚀,化学烧蚀,颗粒剥蚀三个部分构成。数值结果表明,硅基绝热层失效的主要原因是气动冲蚀,化学烧蚀与颗粒剥蚀影响较小。理论计算同试验获得的烧蚀形态基本吻合,冲压发动机严重烧蚀部位在进气道两侧的下游区域。从结构设计上看,冲压发动机防隔热设计的重点应是降低冲压发动机气流冲蚀影响。     

CVD-SiC反射镜制备过程中热应力变形的研究

采用CVD工艺在反应烧结碳化硅(RB-SiC)反射镜坯体上沉积了一层致密的碳化硅薄膜作为反射镜镜面.CVD-SiC和RB-SiC热物理性能上的差异引起的热残余应力和热变形,在很大程度上影响反射镜的质量,本文采用有限单元法计算了沉积过程中反射镜的温度场、应力场和热变形,采用X射线衍射方法测试了薄膜表面的残余应力.分析结果表明,薄膜存在较大的残余应力,包括热应力和本征应力,两者量值相当,热变形很小.     

纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响

为了研究纤维表面状态对C/C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响,将T300碳纤维在氮气氛围中进行不同温度的热处理后,采用液硅熔渗法制备了C/C-SiC复合材料。采用光电子能谱(XPS)对纤维表面成分进行了分析。结果表明:未处理纤维表面具有较高的氧含量,随着热处理温度的升高,纤维表面氧含量逐渐降低,导致纤维表面含氧官能团数目减少。扫描电镜(SEM)观察发现:未处理纤维增强的C/C预制体,孔隙尺寸较大且孔隙率低;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,孔隙尺寸较小但孔隙率高。随后对C/C预制体进行液硅熔渗处理,并对熔渗反应过程分析发现:由未处理纤维增强的预制体,液硅熔渗反应主要受溶解-沉淀和界面限制的扩散反应过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体相分布规则且含量较低,同时含有较高的残留Si;而经1 500℃热处理纤维增强的预制体,熔渗反应则主要受溶解-沉淀过程控制,获得的C/C-SiC复合材料中SiC基体含量多且分布较均匀,残留Si含量较少。     

C_f/SiC复合材料表面熔盐反应法锆金属化研究

利用熔盐热歧化反应在碳纤维增强碳化硅(Cf/siC)复合材料表面制备了锆金属化层.研究反应时间对金属化层形貌、物相、厚度的影响,分析SiC/Zr的界面反应机理.结果表明,锆金属化层优先在SiC区域生成,随着反应时间的延长,逐渐在C纤维区域生成,当反应时间达到3h时,金属化层覆盖完全;金属化层主要物相为Zr,Zr,O,ZrC和Zr2Si;金属化层的生成受固相中Zr,Si,C等元素扩散控制.     

固体火箭冲压发动机含硼推进剂燃烧性能实验研究

利用地面直连试验系统对含硼推进剂在某固体火箭冲压发动燃烧过程性能进行试验研究。通过对含硼推进剂燃烧后凝聚相样品的SEM,EDS和XPS分析,探讨推进剂燃烧过程。在凝聚相EDS分析中,硼元素含量随着远离推进剂轴向方向显著降低,氧元素含量显著升高。在补燃室中,由于补充富氧空气,一次燃烧产物进一步反应,导致环境温度上升。由于高温,硼颗粒发生燃烧,产生大量气态硼化物,从而导致硼元素含量下降。二次燃烧凝聚相产物中,硼的非完全氧化物占比在40%以上,氮化硼占比在20%以上,硼颗粒占比7%以下。研究结果表明,随着推进剂在燃气发生器和补燃室内的一、二次燃烧,硼颗粒逐渐减少,并分别与环境中的C和O等元素发生化学反应,在凝聚相中的含量逐渐降低,氧元素在补燃室之后显著增加,氮化硼为凝聚相主要成分之一,存在于各特征位置。推进剂中的硼颗粒没有被完全燃烧,燃烧效率有待于进一步提高。     

高温粘结剂对碳材料的粘接性能

以酚醛树脂（PF）为基体原料，以含B、Si的陶瓷为改性填料制备高温粘结剂并对石墨材料进行粘接。结果表明，高温粘结剂对石墨材料具有较为理想的粘接性能，陶瓷填料有效改善了高温处理后接头的体积收缩现象，并在粘接界面处形成了较强的化学键合力。     

Si3N4-TiN-SiC复相陶瓷的燃烧合成

利用高压气－固燃烧合成法,以ＴｉＳｉ２和ＳｉＣ为原料制备了Ｓｉ３Ｎ４－ＴｉＮ－ＳｉＣ复相陶瓷,实验中发现反应过程中出现的液相降低了产物的转子率;分析了稀释剂对产物的转化率与燃烧温度的影响及氮气压力在燃烧中的作用;解决了液相,稀剂和燃烧温度之间的矛盾,即通过提高氮气压力来完成。