连续聚铝碳硅烷纤维的预氧化

聚铝碳硅烷(PACS)纤维预氧化过程是制备近化学计量比Si C(Al)纤维的关键步骤。而连续PACS纤维预氧化的氧含量控制是关键问题。采用实时测量设备对连续PACS纤维预氧化过程进行跟踪,用分段积分方法对PACS纤维进行非等温动力学模拟;利用实时测量数据用非线性优化方法求解,可以预测PACS纤维预氧化增重。本文在实验过程中,采用聚碳硅烷(PCS)纤维和PACS纤维进行对比研究。结果表明:在相同的预氧化条件下,两种纤维均在Si—H键反应程度为40%时出现凝胶点,反应后凝胶含量均达到100%,其氧含量分别为9.9wt%和14.7wt%;PACS纤维的Si—H键反应程度和增重均比PCS纤维低。利用实时增重数据,用Matlab的Lsqnonlin函数进行求解预氧化动力学方程,得到PACS的预氧化活化能为62.2 k J/mol,模型可准确的预测其预氧化过程中的增重率变化。     

PAN原丝预氧化工艺与氧元素含量相关性研究

利用差热、热重以及元素分析等测试手段测定了预氧化纤维中氧含量,分析了纤维的吸水性对氧含量测定结果的影响,讨论了预氧化温度、走丝速度及牵伸倍数与氧含量的关系,研究了预氧丝氧含量与碳纤维拉伸强度之间的关系.实验结果表明:不同预氧化纤维的吸水性对氧含量的测定结果有不同的影响;氧含量随温度的升高而增加,且温度越高,增加幅度越大;走丝速率越慢,相同温度下氧含量越高;预氧化低温牵伸有利于氧元素的扩散;可以从氧含量接近或处于10%～12%范围的预氧丝中制得较高强度的碳纤维,否则很难制得好的碳纤维.     

国产Hi-Nicalon型SiC纤维热处理后微观结构及性能演化

为考察国产Hi-Nicalon型SiC纤维在高温下的结构-性能演化规律,对国产Hi-Nicalon型SiC纤维分别在空气和氩气环境下进行了不同温度热处理,并对纤维的微观结构及纤维束丝力学性能演化进行了表征与测试。结果表明,在空气环境下,当超过1 100℃时,国产Hi-Nicalon型SiC纤维束丝强度开始下降,伴随着纤维表面生成SiO_2氧化膜,当温度超过1 200℃时,纤维表面会形成SiO_2氧化膜鼓泡。在氩气环境下1 100～1 500℃时,纤维束丝强度开始发生缓慢劣化。当热处理温度超过1 500℃时纤维束丝强度开始加速劣化,伴随着纤维开始发生β-SiC到α-SiC相变以及SiC晶粒尺寸增大。     

含钛碳化硅纤维的研制及其性能

在碳化硅(SiC)纤维中引进金属元素钛,可以制得性能优异的含钛碳化硅(Si_Ti-C-O)纤维。该纤维是由聚碳硅烷(PC)与Ti(OBu)_4加热反应制得先驱体——含钛聚碳硅烷(PTC),经纺丝、高温烧结而成。该纤维抗拉强度可达1.6～2.0GPa,抗拉模量150GPa。与SiC纤维相比,Si-Ti-C-O纤维具有更好的高温氧化性及与金属复合性能。     

碳化硅纤维的制造

本文介绍了用聚碳硅烷与几种高聚物的共混物经高温处理制备碳化硅纤维的研究。发现聚碳硅烷与合适的高聚物如端羟基聚丁二烯(HTPB)共混后,可以提高聚碳硅烷的强度、可纺性以及所得碳化硅纤维的强度,也可以改变碳化硅纤维的表面性能,文中对产生这些现象的原因进行了分析。共混是对聚碳硅烷和碳化硅纤维进行改性的有效方法。     

平纹编织C/SiC复合材料在室温和高温环境下的拉伸行为

通过单向拉伸试验,对比研究平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料在室温和高温(1300℃,包括惰性气氛和湿氧气氛)环境下的宏观力学特性,并采用光学显微镜和扫描电镜对试件断口进行显微观察,分析其损伤模式和破坏机理。结果表明:C/SiC复合材料的室温和高温拉伸行为通常表现为非线性特征,在低应力时就开始出现损伤;纤维与基体之间界面滑行阻力的降低使C/SiC复合材料在高温惰性气氛环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的高;碳纤维的氧化严重影响材料的承载能力导致高温湿氧环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的低;C/SiC复合材料室温和高温下的拉伸均呈现韧性断裂,断口较为相似,只是纤维拔出长度和断口的平齐程度有所不同,其中高温惰性气氛环境下纤维拔出最长,高温湿氧环境下试件断口有明显的被氧化痕迹;0°纤维束表面基体开裂、明显的层间分层以及0°纤维和纤维束的拔出和断裂同时携带90°纤维束拔出是C/SiC复合材料在室温和高温下的拉伸破坏机理。     

2198和5A90铝锂合金脉冲阳极氧化膜制备及耐蚀性

在18%(质量分数,下同)H_2SO_4+5%C_2H_2O_4水溶液中,采用脉冲(PC)电流对2198和5A90两种铝锂合金进行阳极氧化处理。用扫描电子显微镜(SEM)观察铝锂合金阳极氧化膜表面和截面形貌;用能谱仪(EDS)对其成分进行面扫描和线扫描;用动电位极曲线检测氧化膜在3.5%NaCl水溶液中的耐蚀性。结果表明:2198和5A90铝锂合金阳极氧化膜主要由Al的氧化物组成;2198合金氧化膜表面存在细小颗粒,厚度约为150μm;5A90合金氧化膜表面存在微孔,为后续封孔处理提供结构条件,厚度约为180μm;用脉冲方法在两种铝锂合金表面生成的较厚阳极氧化膜具有较高的耐蚀性。     

用聚碳硅烷与聚丙烯共混纤维烧成碳化硅纤维

本文对由聚碳硅烷和聚丙烯共混纤维作先躯体制备碳化硅纤维进作了研究。在高温烧成时,共混纤维中的聚丙烯大量挥发,给所得碳化硅纤维的结构和性能造成较大影响,影响的大小取决于共混纤维中聚丙烯的含量和结构。共混纤维的强度明显高于未共混的,可见用适当的物质共混可能是制备连续碳化硅纤维的途径之一。     

AZ31B镁合金表面含钛涂层的制备及耐蚀性

含钛氧化膜因具有自封孔现象而引起关注。采用四因素三水平正交实验,研究氟钛酸钾(K2TiF6)、植酸(H12Phy)和氟化钠(NaF)浓度以及终电压对氧化膜耐蚀性影响,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和电化学方法表征涂层性能。结果表明:影响氧化膜耐蚀性的主次顺序是植酸浓度NaF浓度终电压 K2TiF6浓度;氧化膜主要由TiO2、MgF2、Mg2PO4F和Mg2TiO4组成;微弧氧化膜可明显提高镁合金的耐蚀性,但随着浸泡时间延长,膜层耐蚀性降低。     

2D-C/SiC复合材料在空气中的高温压缩强度研究

研究了二维碳纤维增强碳化硅基复合材料(2 D-C/SiC)在空气介质中的高温压缩强度.材料采用1K T300碳纤维平纹布经叠层和缝合制成预制体为增强体,经等温化学气相浸渗制备而成.试样表面用化学气相沉积工艺沉积SiC涂层.测试方向为垂直于炭布叠层方向,测试温度为室温,700℃,1100℃和1300℃.使用扫描电子显微镜观察了材料的断口.结果表明:室温～700℃,2D-C/SiC的压缩强度随温度升高逐渐增大,温度高于700℃后,材料的压缩强度缓慢降低.导致2D-C/SiC的压缩强度随温度变化的主要原因为纤维和基体热膨胀系数不同引起的残余应力随温度升高逐渐变小和高温下材料的氧化损伤.     

铝基混杂复合材料的制备

采用泥浆法将碳化硅颗粒混杂到碳化硅束丝纤维中，然后用液相压渗工艺制同连续碳化硅纤维与颗粒共同增强的铝基复合材料。通过光学金相和扫描电的分析及力学性能测试发现，碳化硅颗粒混杂于纤维中，可以避免纤维的相互接触，从而有利于铝液的完全浸渗。颗粒的混杂还可以较明显持改善ＳｉＣｆ／Ａｌ复合材料的弹性模量，对强度影响不大，液相压渗过程中，界面反应及纤维的破断是造成复合材料强度较低的主要原因。     

阴极微弧放电制备TiAl合金表面Al_2O_3膜的高温氧化性能

在Al(NO3)3溶液中利用阴极微弧放电沉积方法,制备了TiAl合金表面的Al2O3膜,膜的厚度为80μm。空气环境下,在900℃下进行高温氧化实验。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品在高温氧化前后的形貌和物相变化。100h高温氧化后,Al2O3膜保持完整,与基体有较好的结合。高温氧化前后物相均为γ-Al2O3和少量的α-Al2O3,但是氧化后的膜层中出现了少量的Rutile-TiO2。阴极微弧沉积方法在TiAl合金表面制备的Al2O3膜能够有效地提高基体在900℃时的抗氧化性能。     

XG3232 合金的高温力学性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD和高温力学试验机,研究了固溶强化XG3232合金在1 100℃的恒温氧化及20 ～1 100℃的拉伸变形行为.结果显示,在氧化初始阶段,表面形成了Cr2O3,NiO和(Ni,Mn,Cr)3O4混合氧化膜.长时间氧化后,氧化膜由单层转变为双层,在内层形成连续的Cr2O3膜,在外层形成可以抑制内层Cr2O3挥发的致密NiO氧化膜.在拉伸实验中,1 100℃时强度可达到131 MPa,延伸率可达66.2％.在650℃以下,随温度的升高,合金的抗拉和屈服强度缓慢减小,在650℃以上合金的抗拉强度迅速减小,屈服强度基本不变;在650℃以下延伸率和断面收缩率变化较小,在650℃以上则迅速增大.     

纺丝温度对新型高导热碳材料性能的影响

利用中间相沥青纤维的自粘结性和沥青大分子沿纤维轴高度择优取向的特点,通过热压方法制备高导热块体碳材料。在纺丝和氧化条件不变的情况下,主要考察了中间相沥青的熔融纺丝温度对纤维性能和目标材料性能的影响。结果显示:(1)熔融纺丝温度越高,中间相沥青纤维的直径越大;(2)在合适的纺丝温度下所得的纤维经氧化后热压制得材料具有较高的弯曲强度、密度、热导率以及较低的电阻率。选取纺丝温度为308℃,所纺中间相纤维直径为20μm,氧化后经热压所得材料的密度、弯曲强度、热导率和电阻率分别为2.02 g/cm3、128.7 MPa、597 W/(m.K)和1.25μΩ.m。     

某发动机壳体失效模式及失效分析

某发动机壳体使用30CrMnSiA板材卷焊成型,在内压力P下工作,壳体的环向应力为σ_c。当强度σ_b小于σ_c时壳体失效,其失效模式用下式表示:σ_c=P_(max)·R/H>σ_b (1)为应用方便,常改用下式表示:P_(max)>σ_b·H/R>P_b (2)式(2)表明,壳体的承载能力即最小爆破压力     

磁控溅射DLC/SiC/Ti多层膜对镁合金摩擦磨损性能的影响

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备DLC/SiC/Ti(类金刚石/碳化硅/钛)多层膜(SiC,Ti为中间层),研究了薄膜的纳米压痕行为和膜基系统的摩擦磨损性能.试验结果表明:DLC薄膜具有低的纳米硬度(4.01GPa)和低的弹性模量(40.53GPa),但具有高的硬弹比(0.10);膜基系统具有好的摩擦磨损性能;在以氮化硅球为对磨件的室温干摩擦条件下摩擦系数平均约为0.19,与镁合金相比,磨损速率低了约三个数量级,膜基系统经3.5h磨损后,未出现裂纹和剥落,显著改善了镁合金的抗磨损性能.     

Z-pin增强复合材料层合板拉伸性能的试验研究及模拟分析

针对Z-pin增强复合材料层合板的拉伸性能进行了试验研究及模拟分析.拉伸试验研究了3种铺层方式的层合板:[0]6;[90]12;[45/0/-45/90]2S.模拟分析将根据引入Z-pin造成的复合材料层合板微观结构变化建立单胞模型来进行,通过调整单元材料坐标系的1方向来模拟Z-pin周边纤维偏转.通过试验研究和模拟分析得出了Z-pin对3种层合板拉伸强度的影响程度.研究表明Z-pin引入造成的面内纤维含量降低(由树脂富裕区引起)和纤维方向偏转(包括纤维面内偏转和厚度方向卷曲)是层合板拉伸性能降低的主要原因.通过模拟分析进一步得出:对于[0]6铺层层合板,Z-pin插入引起的纤维面内偏转是面内拉伸强度降低的主要因素;对于准各向同性层合板,Z-pin插入产生的树脂富裕区(降低了纤维含量)是面内拉伸强度降低的主要因素.     

Si3N4结合SiC耐火陶瓷高温抗疲劳断裂设计

为探究高温氧化条件下材料抗疲劳断裂的相关改进措施,在分析材料高温疲劳断裂过程的基础上,将有效场-子域模型和热-损伤断裂强度模型相结合,对高温氧化条件下Si_3N_4结合SiC耐火陶瓷的微裂纹尺寸与强度和密度与强度的关系进行了模拟。结果表明:此类材料在高温氧化环境中微裂纹尺寸在(0 mm,0. 5 mm]和密度至少为(0 m~(-2),104m~(-2)]的可行性范围内能抗疲劳断裂。这个结果对延长材料的使用寿命和确保设备运行的安全稳定性具有的指导意义。     

自愈合碳化硅陶瓷基复合材料研究及应用进展

为了满足高推重比航空发动机长时热力氧化环境的使用需求,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料正朝自愈合方向发展.本文介绍自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的微结构与性能,自愈合与强韧化机理,制造方法和工艺特点及其在航空发动机热端部件的应用情况,表明多元多层微结构形成了"层层设防,就地消灭"的氧化防御体系,是复合材料实现自愈合与强韧化的关键.自愈合碳化硅陶瓷基复合材料能够满足发动机高温服役环境要求,显著降低发动机的结构重量,从而有效提高发动机的推重比.     

低氧含量SiC纤维研究进展

为制备耐高温性能良好的SiC纤维，必须降低纤维中的氧含量，本文详细综述了国内外先驱体转化法制备Sic纤维中降低氧含量的方法，分析了各种方法的优缺点，比较可行有效的方法有电子束／γ射线辐射交联法、高温脱氧法和低度预氧化 热交联法，为制备高性能SiC纤维提供了一些参考。