新型Sip/4032Al复合材料热物理性能研究

采用挤压铸造方法,制备了高体积分数的Si_p/4032Al复合材料。显微组织观察表明,复合材料组织致密,颗粒分布均匀,材料中没观察到孔洞和缺陷;复合材料的线膨胀系数介于(8．1～12)×10~(-6)/K之间可调,并且随着增强体含量的增加而降低,退火后线膨胀系数略有降低,Kerner模型能够较好的预测复合材料的线膨胀系数;复合材料的热导率可达103 W/(m·K),随着增强体含量的增加略有下降,退火处理后热导率略有升高,热导率计算结果均大于测试值。     

短切碳纤维增强聚酰亚胺复合材料性能

以短切T700(C–T700)碳纤维为增强材料,HT–350RTM聚酰亚胺为树脂基体,采用模压成型工艺制备了短切碳纤维增强热固性聚酰亚胺复合材料(C–T700/HT–350RTM),研究了短切纤维体积分数对短切纤维聚酰亚胺复合材料线膨胀系数和力学性能的影响规律。结果表明,短切纤维聚酰亚胺复合材料的线膨胀系数随着短切纤维体积分数的增加而降低,拉伸、压缩、弯曲模量均随着短切纤维体积分数的提高而增加,而拉伸强度和弯曲强度先增加后降低,压缩强度则呈现随纤维体积分数缓慢增加的趋势。     

无压浸渗SiCp/Al复合材料干摩擦磨损性能研究

采用无压浸渗法制备了不同SiC颗粒体积分数以及不同SiC颗粒粒度的Al基复合材料.以硬质合金(80%WC 20%Co)为对摩试样进行了干摩擦试验,研究了颗粒体积分数(15%,25%,35%,45%,55%)、颗粒粒度(110μm,63μm,45μm)以及载荷(196N,392N)对SiCp/Al复合材料干摩擦磨损性能的影响.采用SEM和EDS分析了铝合金基体、复合材料的磨损表面及磨损机理.研究结果表明,颗粒体积分数在15%～35%之间时,复合材料的耐磨性明显优于铝合金基体.载荷为196N时,铝合金的磨损率是15%,25%,35%SiCp(110μm)/Al复合材料的2.16,2.76,2.07倍.SiCp/Al复合材料的磨损率随着颗粒粒度的增加、载荷的减小而降低.SiC颗粒的体积分数对铝基复合材料的磨损率和磨损机制有显著影响:SiC颗粒体积分数存在一个最佳值(25%),此时复合材料的磨损率最小,耐磨性能最好.当体积分数小于25%时,复合材料磨损率随着体积分数的增加而下降,磨损机制以磨粒磨损为主,而当体积分数大于25%时,复合材料磨损率随着体积分数的增加而上升,磨损机制以表层剥落磨损为主,同时伴有磨粒磨损.     

连续SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料力学性能研究

采用箔—纤维—箔方法制备了连续SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料(SiC_f/Ti_3Al),测定了两种SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料的力学性能,分析了热处理工艺对复合材料力学性能的影响,讨论了复合材料在不同条件下的断裂机制研究表明,国产SiC纤维(无碳涂层)增强Ti_3Al复合材料的界面结合强度高于有碳涂层纤维增强的复合材料,力学性能却低于SCS-6纤维(有碳涂层)增强的复合材料。当热处理时间延长时,SCS-6/Ti_3Al复合材料界面反应层厚度增加,复合材料的力学性能下降。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究

采用加压浸渗法成功制备了SiC_p/Al(纯)复合材料,探讨了加压浸渗工艺并测定了复合材料的力学性能。试验结果表明,向SiC颗粒内加入适量添加剂后制成的预制件,更有利于铝液的渗透,从而能有效地提高复合材料的强度。试验结果还表明,在本试验范围内(SiC颗粒体积分数30％～50％,颗粒粒径0.1～5μm),复合材料的强度随SiC百分含量的增加而增加,随SiC颗粒粒径的减小而呈上升趋势。     

电子封装用Sip/Al复合材料的热物理性能研究

采用挤压铸造法制备了Sip/A l复合材料。材料组织致密,增强体颗粒分布均匀。热物理性能研究表明,复合材料的热导率大于90 W/(m.K),线膨胀系数可在(7.48~9.99)×10-6/K范围内调整。增加基体合金中的Si含量有利于降低材料的线膨胀系数,但同时也会使热导率降低。对复合材料进行退火处理可有效降低其线膨胀系数,提高热导率。Sip/A l复合材料作为新型环保复合材料已经基本满足电子封装高导热、低膨胀的使用要求。     

熔融渗硅工艺制备的SiCf/SiC复合材料微观结构与性能

SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料（SiC_f/SiC复合材料）在航空发动机热端部件方面具有重要应用。本文以第二代碳化硅纤维为增强材料,采用熔融渗硅工艺制备出SiC_f/SiC复合材料,测试复合材料的基本物理性能及常规力学性能,并利用Micro-CT、SEM对试样的微观结构和断面进行了表征分析。结果显示：SiC_f/SiC复合材料的体积密度为2.78 g/cm³,开气孔率小于2.0%,基体较为致密,1 200 ℃时热导率（厚度方向）为14.30 W/（m?K）,室温~1 200 ℃厚度方向和面内方向的线胀率分别为0.59%、0.56%,平均热胀系数分别为5.02×10^-6、4.73×10^-6/K;室温面内拉伸强度典型值为317 MPa,SEM显示试样断面具有明显的纤维拔出效应,弯曲强度和层间拉伸强度典型值分别达794和49 MPa。     

(Grf+SiCp)/Mg的热膨胀性能

采用挤压铸造技术制备了石墨纤维织物与SiC颗粒混杂增强镁基复合材料,研究了其微观组织与热膨胀性能。结果表明,复合材料的的线胀系数随温度升高而降低,经退火后复合材料在20-100℃的平均线胀系数约为3×10^-6/K。纤维二维正交排布条件下复合材料热膨胀性能的各向异性特征得到有效改善。     

无压浸渗法制备SiCp / Al 电子封装基板及其性能

采用无压浸渗法制备出电子封装用高体积分数SiCp/Al复合材料基板,研究了主要合金元素对浸渗过程的影响和SiC体积分数对复合材料热物理性能的影响.结果表明:合金中Mg元素能促进界面润湿,Si元素能减小有害界面反应的发生;随着SiC体积分数的增加,复合材料的热导率和线胀系数都呈下降趋势,当SiC体积分数为65%左右,热导率下降幅度减缓;当SiC体积分数为68%左右时,线胀系数显著降低.     

SiC/TC4复合材料横向拉伸应力集中系数的表征及试验验证

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料在横向拉伸荷载下基体产生应力集中的问题,提出了横向拉伸荷载下基体应力集中系数的表征方法。基于复合材料细观力学理论,通过编写程序在代表体积元(Representative Volume Element, RVE)模型上施加周期性边界条件,实现了单、双轴横向拉伸荷载下基体应力集中系数的计算,并通过单向纤维增强SiC/TC4复合材料板的横向拉伸试验验证了所建模型的有效性。利用所建模型计算不同纤维体积分数、材料组分以及温度条件下基体应力集中系数并分析其影响规律。计算结果表明:单轴横向拉伸应力集中系数随着纤维体积分数的增加而增大,双轴横向拉伸应力集中系数随着纤维体积分数的增加呈现出先减小后增大的趋势;在20℃～500℃区间内,单轴横向拉伸应力集中系数最大可达2.8,双轴横向拉伸应力集中系数最大达2.4。     

纤维表面PIP-SiC涂层对2D-SiC_f/SiC复合材料力学性能影响

采用低浓度先驱体溶液利用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在SiC纤维表面制备了SiC涂层,研究了浸渍裂解次数对纤维涂层形貌的影响.研究表明,采用10%的PCS先驱体溶液经3次浸渍裂解后可在纤维表面制得连续致密的SiC涂层.采用经涂层处理的SiC纤维布经热模压成型-先驱体浸渍裂解工艺制备了2D-SiCf/SiC复合材料,其弯曲强度随制备涂层浸渍裂解次数的增加先增后降,经3次浸渍裂解制备涂层的复合材料强度最高,由未经涂层处理的163.5MPa增大到245.9MPa,强度提高近50%.研究证明,SiC纤维表面SiC涂层使纤维在材料致密化过程所受的损伤减小,同时改善了界面,使复合材料强度明显提高.     

碳化温度对C/C复合材料微观结构及热性能的影响

采用CVI PIC工艺制备了四种碳毡增强碳基复合材料(C/C), 其中对三种样品A、B、C在2 500℃进行了一次石墨化处理,样品D未进行石墨化处理。为与900℃碳化对比,研究了1 500℃碳化对复合材料微观结构及热性能的影响。结果表明:碳化温度由900℃提高到1 500℃后,样品A的开孔率下降11. 6% ~13. 5%, 1 000℃的xy向线膨胀系数由1. 75×10-6 /K增大到2. 17×10-6 /K; xy向和z向的800℃热导率分别由65. 07W/(m·K)、45. 98W/(m·K)增大到75. 44W/(m·K)、54. 86W/(m·K);xy向和z向的比热容分别由1. 70kJ/(kg·K)、1. 43kJ/(kg·K)增大到1. 79kJ/(kg·K)、2. 19kJ/(kg·K)。样品B和样品C也表现出基本相同的趋势;随着碳化温度由900℃提高到1 500℃,样品D中微晶尺寸由2nm增大到4nm。     

Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8粉体的制备及其抗氧化性能初步评价

采用凝胶固相反应法制备SiC陶瓷基复合材料EBC涂层用Ba0.75Sr0.25Al2Si2O8粉体,并以SiC陶瓷片为基体材料初步评价了BSAS涂层的抗氧化能力。通过DSC/TG确定了凝胶前驱体的热分解情况;利用XRD、SEM、粒度和热膨胀系数的测定对合成粉体进行了表征;对该粉体的抗氧化性能进行了初步评价。结果表明,1200℃下成功制备颗粒中位径3.9μm、分散均匀的BSAS粉体;粉体室温至1200℃的热膨胀系数为5.02×10-6 K-1,与SiC陶瓷有很好的热胀匹配;该涂层可在1300℃、大气环境下保持均匀无开裂,与基体结合紧密,可以基本满足现阶段国内航空用SiC陶瓷基复合材料抗氧化的要求。     

C／SiC复合材料与CVDSiC涂层的结合性能研究

采用先驱体转化法(PIP方法)制备C/SiC陶瓷基复合材料,通过调整多孔预制件的体积密度制备出不同组分比的C/SiC复合材料。结果显示,C/SiC复合材料的热膨胀系数随着复合材料中SiC含量的增加而增加,其与CVDSiC涂层之间的热匹配也相应增加,通过CVI方法制备梯度过渡层,在C/SiC复合材料表面制备出致密度较高的CVDSiC涂层。     

氧浓度对同轴乙烯层流扩散火焰中碳烟形貌及粒径演变的影响研究

为探究氧体积分数对乙烯同轴射流扩散火焰中碳烟颗粒生成及演变过程的影响,采用SiC纤维沉积法和热泳探针采样法,对层流扩散火焰中不同径向和轴向位置处的碳烟生成特性进行了研究。研究表明,氧体积分数增加,使火焰同一位置温度升高。在氧体积分数低于31%、火焰高度低于30mm时,SiC纤维上碳烟沉积物形态由火焰中心位置处的表面光滑的类液态演变为粗糙的凹凸块状,随温度升高及氧化作用加强,渐渐被氧化为疏松的团簇状、絮状,最终过渡为致密的团簇状和纤维网状。相同氧体积分数下,碳烟颗粒平均粒径随火焰高度增加呈现先增大后减小的趋势。在氧体积分数21%、火焰高度30mm处初生粒子直径达到最大值,为41.8nm。在火焰根部,碳烟颗粒平均粒径随氧浓度升高而增大,而火焰较高位置处则呈现了相反趋势。     

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.     

结构、耐热、透波功能一体化石英/聚酰亚胺研究

采用热压罐工艺制备了石英纤维增强聚酰亚胺复合材料。分别测试了材料室温和350℃下的力学性能、热物理性能及介电性能,对比分析了密度、温度及频率对材料介电性能的影响。结果表明:石英增强聚酰亚胺复合材料在室温~350℃范围内有着良好的力学性能;热导率为0.24~0.28W·m-1·K-1,热膨胀系数约为5.38×10-6/℃;介电常数在2.95~3.10之间,损耗角正切值小于8.0×10-3。     

不同碳黑填料含量2D—SiCf／SiC复合材料介电及雷达吸波性能研究

对先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备的含碳黑填料2D-SiCf/SiC复合材料介电以及雷达吸波性能进行研究.研究表明,由于KD-Ⅰ型SiC纤维表面具有连续碳涂层,不能直接用于吸波材料,需通过空气热处理手段将其除去.对纤维表面去碳后制成的不同碳黑填料含量2D-SiCf/SiC复合材料微波介电常数进行测试,结果表明,随碳黑含量增加,复合材料介电常数明显增大,但由于碳黑的高比表面和先驱体溶液粘度的限制,复合材料中碳黑体积分数最大仅能达到7%～8%,介电常数难以继续增大,介电损耗低于0.3,并且介电常数频散效应不理想.对不同碳黑填料含量复合材料反射率进行计算,结果表明,单层复合材料在某一频段内具有较好的吸波性能,但由于复合材料介电常数频散效应较差,宽频吸波性能不理想,采用不同吸收剂含量复合材料层铺工艺可能可以解决吸波性能带宽问题.     

三维四向编织复合材料等效热特性数值分析和试验研究

 采用“米”字型枝状胞体有限元模型和试验方法对三维四向编织复合材料的整体等效热膨胀系数和等效热传导系数进行了分析并将计算结果和试验值进行了比较。研究表明枝状胞体模型能较为真实的反映三维四向编织复合材料的结构构形;有限元方法在分析热膨胀、热传导方面具有较好的精度;三维四向编织复合材料编织方向的热膨胀系数随着纤维体积比的增加而减小,随着编织角的增加而减小;热传导系数随着纤维体积比的增加而增大,随着编织角的增大而增大。     

碳纤维编织物中真空浸渍引入SiC微粉的工艺研究

采用真空浸渍法在碳纤维编织物中预先引入SiC微粉,以缩短先驱体浸渍裂解制备碳纤维三维编织物(3D BCf)增强SiC陶瓷基复合材料的制备周期,考察了微粉粒度、浆料SiC/无水乙醇(EtOH)质量比等参数对引入SiC微粉体积分数的影响。结果表明,当SiC微粉粒度为 0. 4μm,浆料SiC/EtOH质量比为 1∶1和 1∶2时真空浸渍效果较佳,在碳纤维编织物中引入SiC微粉的体积分数可达 10%左右,缩短了先驱体浸渍裂解制备Cf/SiC复合材料的致密化周期,在相同浸渍裂解周期下,可提高材料的力学性能。