Cf／SiC复合材料与Nb合金的连接

利用熔盐反应法在Cf/SiC复合材料表面锆金属化的基础上,用TiCuZrNi非晶钎焊箔实现Cf/SiC复合材料与Nb合金钎焊连接.研究发现Cf/SiC复合材料表面Zr金属化层主要的物相为Zr、Zr3O、ZrC和Zr2Si;钎料对Zr金属化层的润湿性良好,钎料中活性元素Ti向Cf/SiC复合材料一侧明显扩散并发生化学反应,实现了钎料与Cf/SiC复合材料的良好键合,并且可以深入Cf/SiC复合材料孔隙形成"钉扎"效应;接头剪切强度达124 MPa,750℃热冲击5次后剪切强度达70 MPa;断裂部分发生在Cf/SiC复合材料与钎料界面处,部分位于Cf/SiC复合材料近缝区.     

浸渍工艺对先驱体转化制备Cf/SiC复合材料结构与性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体制备了3D-B Cf/SiC复合材料,研究了不同浸渍工艺对材料力学性能的影响.结果表明采用加热加压浸渍可以大大提高先驱体的浸渍效率,提高所制备材料的密度,从而明显提高Cf/SiC复合材料的力学性能.选用加热加压浸渍条件所制备的材料密度达到1.944g/cm3,室温弯曲强度达到662MPa,在1650℃(真空)和1800℃(真空)下测试,材料的弯曲强度分别为647MPa和609MPa.     

聚硅氧烷封孔处理对Cf／SiC复合材料抗氧化性能的影响

以室温粘度低的液态聚硅氧烷为原料,采用真空 加压浸渍交联工艺对Cf/SiC复合材料进行了封孔处理。研究了封孔效果及封孔处理对Cf/SiC复合材料短时间抗氧化性能的影响。结果表明,聚硅氧烷能够有效封填材料中微孔,提高Cf/SiC复合材料的致密度,同时明显提高Cf/SiC复合材料的短时间抗氧化性能。经封孔处理的Cf/SiC复合材料在1500℃空气中氧化10min后,材料强度保留率由处理前的67%提高到了95%,质量保留率由处理前的91.9%提高到99.1%。聚硅氧烷在裂解过程中会消耗氧以及裂解产物SiO2在高温下的流动能愈合孔隙,从而阻碍O2向材料内部扩散是抗氧化性能得以提高的原因。     

首周期裂解方式对先驱体转化制备C_f／SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期采用不同裂解方式对基体及材料性能的影响.研究结果表明,首周期采用真空裂解或加压(5MPa)裂解,先驱体的陶瓷产率不同,加压裂解的陶瓷产率最高,达到67.2%.裂解方式对产物的晶体结构没有明显的影响;首周期采用真空裂解制得的Cf/SiC复合材料性能最优,室温弯曲强度和断裂韧性达到404MPa和20.2MPa·m1/2,分别比采用加压裂解所得材料的性能提高40.7%和42.3%.     

SiC基体结构及其对C/SiC复合材料性能的影响研究北大核心CSCD

采用聚碳硅烷作为前驱体,在800、1000、1200℃下烧结得到SiC基体,研究了温度对SiC基体密度、结晶程度的影响。结果表明基体随着温度的提高,基体密度提高,结晶程度逐渐提高,Si含量比例升高。在800℃时,基体密度为2.30 g/cm^(3),所得基体结构接近无定型态,在1000和1200℃下的密度分别为2.50和2.56 g/cm^(3),晶粒尺寸分别为2.6和4.1 nm。再以聚碳硅烷为前驱体,以碳纤维织物为增强体,采用PIP工艺制备C/SiC复合材料,热解最高温度同样为800、1000、1200℃,得到三组C/SiC复合材料,对复合材料进行了力学性能测试和断口微观结构观察,分析了基体结构对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,在一定范围内提高热解温度,有利于改善基体特性和提高复合材料的致密化效率,从而使复合材料的力学性能有所提升,特别是弯曲、层间剪切和压缩性能提高作用明显。     

氮化硅陶瓷的增韧研究

研究了加入ZrO_2和SiC晶须对热压烧结Si_3N_4的增强增韧作用。加入ZrO_2和SiC晶须能提高复合材料的断裂韧性K_(IC),但降低了抗弯强度。分别加入10vol％纯ZrO_2和含有钇的Y-ZrO_2,使Si_3N_4陶瓷的室温K_(IC)从原来的6.3MPa·m~(1/2)分别提高到7.3MPa·m~(1/2)和7.6MPa·m~(1/2)。加入10wt％SiC晶须,使Si_3N_4陶瓷的室温K_(IC)从6.3MPa·m~(1/2)提高到7.1MPa·m~(1/2)。     

先驱体浓度、工艺温度及惰性填料对先驱体高温连接陶瓷材料性能的影响

对先驱体硅树脂高温(800～1400℃)转化陶瓷接头连接石墨、SiC陶瓷及Cf/SiC复合材料进行了研究,着重对硅树脂固化裂解过程、硅树脂溶液浓度、裂解温度及惰性填料对连接性能的影响进行了探讨.研究表明,硅树脂的交联固化主要是通过消耗Si-OH来完成,先驱体溶液的浓度及裂解温度根据基材的不同而有不同影响,适当加入惰性填料SiC可以提高硅树脂对Cf/SiC复合材料的连接性能.     

Cf／SiC复合材料TixOy—TiCx—Ti5Si3／微晶玻璃抗氧化涂层

提出一种用于碳纤维增强碳化硅复合材料(Cf/SiC)的成本低、工艺简单的复合抗氧化涂层:采用熔盐渗金属法在Cf/SiC表面制备钛金属化层,在其上通过涂覆烧结法获得MgO-Al2O3-SiO2(MAS)微晶玻璃层。通过立体显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等测试手段对复合涂层的形貌、成分和相组成进行分析,采用静态氧化法测试其在1000℃的抗氧化能力。结果表明,复合涂层结构相对致密,主要成分为:TixOy-TiCx-Ti5Si3/微晶玻璃;涂层具有过渡、封孔、阻碳、自愈合、阻氧、抗挥发的功能;带有复合涂层的Cf/SiC在1000℃保温12h,热冲击12次后,涂层保持致密无裂纹,单位面积失重为0.0039g/cm2,强度保留率为99.3%,有效提高Cf/SiC的抗氧化能力。     

浆料-烧结法制备ZrB2-SiC-B4C涂层及性能研究

通过浆料刷涂-烧结法在Cf/SiC复合材料表面制备了ZrB2-SiC-B4C超高温陶瓷涂层,研究了浆料中粉末填料、稀释剂的质量分数及高温烧结温度对涂层形貌、成分和相组成的影响。结果表明:当粉末填料与树脂质量比为1∶1、稀释剂与树脂质量比为1∶2、高温烧结温度为1 500℃时,在Cf/SiC表面可形成致密、结合力强的ZrB2-SiC-B4C涂层。涂层内部相组织均匀,Ra1μm,孔隙率约为4. 2%,平均拉伸剪切强度约为5. 4MPa。1 500℃等温氧化30 h后,有涂层Cf/SiC复合材料的失重率约为10. 7%,涂层表面形成了完整的含有ZrO2-SiO2的复合氧化膜,为基体提供了有效的氧化防护。这说明Cf/SiC复合材料表面涂覆ZrB2-SiC-B4C涂层有望满足高温燃流环境的使用要求。     

Cf/SiC的制备及连接性、抗氧化性研究

论述了Cf/SiC常用的制备工艺和钽、铌及其合金在SiC陶瓷、Cf/SiC连接方面的应用,铱在C/C、石墨抗氧化方面的应用。指出了难熔金属在陶瓷基复合材料上应用存在的问题,提出了解决的方法,展望了难熔金属在陶瓷基复合材料上应用的发展方向。     

3D针刺C/SiC复合材料螺栓的低成本制备及力学性能

以三维针刺碳毡作为预制体,通过化学气相渗透(CVI)工艺,制备了密度约为1.50～1.60 g/cm3的半成品C/SiC复合材料板材,然后采用专用磨具在半成品复合材料板上按照指定的取样方式切割出螺杆与头部毛坯,并分别对螺杆和头部攻丝,将两者装配在一起形成半成品螺栓,对半成品螺栓CVI致密化并在其表面制备SiC抗氧化涂层,制备出低成本的3D针刺C/SiC复合材料螺栓.提出了C/SiC复合材料螺栓力学性能的测试方法,通过自行设计的夹具,对所制备螺栓的力学性能进行了测试表征,并利用扫描电子显微镜(SEM),对C/SiC复合材料螺栓的拉伸断口形貌进行了观测.结果表明,所制备的螺栓具有较好的抗拉和抗剪能力,室温下螺栓的抗拉强度和剪切强度分别为151.7 MPa和85.6 MPa.     

等温化学气相渗透法制备C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能

以碳纤维体积分数为30%的2.5维针刺碳毡为预制体,通过等温化学气相渗透法(Isothermal Chemical Vapor Infiltration,ICVI),制备4种C/C-SiC复合材料,基体中Si C含量由56%降至15%,其密度相近(1.87~1.91 g/cm~3)。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对上述材料的显微结构和物相组成进行观察和分析,并在MM-1000型摩擦磨损试验机上研究复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着基体Si C含量的降低,C/C-SiC复合材料的平均宏观硬度由98.2HRA降至65.1HRA,硬度分布的均匀性也明显下降;制动过程的平均摩擦系数和质量磨损率均显著增加;通过对摩擦表面形貌和磨屑微观形貌的分析,表明制动过程中的磨损机制受材料表面宏观硬度的影响显著;随着复合材料表面硬度的降低,磨损机制由磨粒磨损为主向磨粒磨损和黏结磨损联合转变,从而使摩擦系数和磨损量显著提高。     

界面层对SiC_f/SiC复合材料力学性能及氧化行为的影响

为研究界面层对SiC_f/SiC复合材料力学性能及氧化行为的影响,采用先驱体浸渍裂解工艺制备了3种不同界面层体系的SiC_f/SiC复合材料。3种界面层分别为热解碳(PyC)、PyC+BN-Ⅰ和PyC+BN-Ⅱ(其中BN-Ⅰ表示B质量分数大约2%,BN-Ⅱ表示B质量分数大约20%)。研究表明,具有PyC界面层的SiC_f/SiC复合材料常温力学性能最高,其常温弯曲强度达到380MPa,而双界面层体系中,SiC_f/SiC复合材料常温弯曲强度分别为282MPa(PyC+BN-Ⅰ)和259MPa(PyC+BN-Ⅱ)。1200℃氧化试验表明,具有PyC+BN-Ⅱ界面层的SiC_f/SiC复合材料弯曲强度保留率最高,为54%。3种不同界面层体系的SiC_f/SiC复合材料在氧化后均表现为脆性断裂。微观结构显示,界面和纤维被氧化是导致材料最终失效的原因;能谱分析表明,具有PyC+BN-Ⅰ和PyC+BN-Ⅱ界面层的SiC_f/SiC复合材料纤维内部未检测到O原子存在,证实BN有保护纤维的作用。     

C/C素坯密度对GSIC/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用气相渗硅工艺(GSI)制备C/C-Si C复合材料,研究了C/C素坯密度对GSI C/C-Si C复合材料物相组成与摩擦磨损性能的影响,分析了C/C-Si C复合材料的制动过程,并归纳了其摩擦磨损机理。结果表明,随着C/C素坯密度的增大,GSI C/C-Si C复合材料的密度呈递减趋势,且C含量和开气孔率逐渐增加,而Si C含量和残余Si含量逐渐减少;自对偶条件下,复合材料的平均摩擦系数、磨损率均呈现先增大后减小的趋势,当C/C素坯密度为1.25g/cm3时有最大值,而制动稳定系数则不断增大。GSI C/C-Si C复合材料的制动过程是犁沟效应和粘着效应共同作用的结果,制动初始阶段和刹停阶段以犁沟效应为主,中间阶段以粘着效应为主。     

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     

热压工艺在Cf／SiC复合材料制备中的应用

探讨了热压工艺 (HP)在常压浸渍裂解 (PIP)制备 Cf/Si C复合材料制备过程中的应用 ,认为热压浸渍裂解工艺 (HP-PIP)既可以改善碳纤维与基体 Si C之间的界面 ,又可以提高材料的致密度 ,使材料内部的空隙减少或消失 ,同时使孔隙排布均匀 ,从而使材料的性能有了大幅度提高 ,其强度由原来的 2 90 MPa提高到 5 40 MPa,并且可重复性很好     

C/C-Cu 复合材料的弯曲性能

以碳纤维针刺毡为整体骨架,采用CVI工艺制备出不同密度的C/C复合材料,然后用挤压铸造成型方法制备了C/C-Cu复合材料。并对不同组分的C/C-Cu以及C/C复合材料的弯曲性能进行了研究,结果表明:密度为4.59 g/cm3的C/C-Cu复合材料的xy向弯曲强度高于密度为1.85 g/cm3的C/C复合材料,并且具有一定的塑性,铜基体发挥了增韧增强的作用;密度为2.04 g/cm3的C/C-Cu复合材料的xy向弯曲强度低于密度为1.85 g/cm3的C/C复合材料,且没有塑性出现,铜基体分散未发挥增强作用。     

3DC／SiC复合材料基体裂纹间距分布规律

采用χ~2拟合优度检验方法对不同界面层厚度的3D C/SiC复合材料基体中裂纹分布进行了研究,结果表明,3D C/SiC复合材料纤维束间基体裂纹间距服从正态分布,而且这种分布是由3D复合材料的编织方式决定的。     

Multi-functional SiC/AI Composites for Aerospace Applications

Multi-functional Al-matrix composites with high volume fraction (55%-57%) of SiC particles are produced with the new pres-sureless infiltration fabrication technology, X-ray detection and microscopic observation display the composites which are macroscopi-tally homogeneous without porosity. The investigation further reveals that the SiC/Al composites possess low density (2.94 g/cm3), high elastic modulus (220 GPa), prominent thermal management function as a result of low coefficient of thermal expansion (8 × 10-6 K-1) and techniques, the multi-functional SiC/Al composites have managed to be made into near-net-shape parts. Many kinds of precision com-ponents of space-based optomechanical structures and airborne optoelectronic platform have been turned out. Of them, several typical products are being under test in practices.     

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%。