Cf / ZrB2 -SiC 复合材料的制备及抗热冲击性能

采用前驱体转化法制备Cf / ZrB2 -SiC 复合材料,对材料的热物理和热震性能进行了研究。采用 扫描电镜和X 射线衍射分析材料的微观结构及物相变化。结果表明:复合材料在1 700℃热震循环10 次材料 保持完整,表现出了良好的抗热震性能。通过微观结构分析,高温氧化后生成的多孔SiO2 氧化层能够吸收热 应力,缓解因热震带来的巨大温度差,ZrB2 组元的加入有效地提高了材料抗热震性。     

ZrB2 -SiC 的制备方法和性能研究

由于在极端环境中的优异物理化学性能,ZrB2基超高温陶瓷材料成为未来空天领域最具前途的候选材料之一,尤其是ZrB2-SiC材料近几年更成为研究热点。本文对ZrB2-SiC材料的制备、烧结致密化和力学性能等研究做了综合评述,重点对制备方法与使用性能间的关系进行了相关介绍。     

Cf/ZrB2-SiC复合材料的高温氧化行为及机理

将不同比例的ZrB2和SiC粉体充分混合,并在其中均匀分散短切碳纤维(约2 cm),采用热压烧结工艺制备出具有不同ZrB2/SiC比例的短切碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料.SiC可显著促进ZrB2陶瓷的烧结致密化程度,添加了18 vol%SiC的ZrB2在1850℃下热压烧结,致密度达96%以上.对该复合材料分别在1000、1200及1400℃下进行静态氧化实验.结果表明,试样在氧化过程中其表面生成的硼硅酸盐玻璃和ZrO2、SiC等物质在表面形成一层有效的保护膜,因而能够有效阻止材料的进一步氧化.同时,随氧化温度升高和时间延长,氧化过程中形成的硼硅酸盐玻璃量增加,可更有效的覆盖材料表面,提高材料抗氧化能力.     

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。     

防止 C/C 复合材料氧化的 MoSi2/SiC 双相涂层系统的研究

 由固相扩散-浸渗处理制备了防止碳/碳复合材料氧化的MoSi2/SiC双相涂层。通过对涂层的结构、成份以及氧化机理的研究表明，MoSi2/SiC双相涂层由内层为β-SiC和外层为MoSi2/SiC双相层构成，具有优异的高温抗氧化性能。     

射频磁控溅射沉积热障涂层结构特征及高温氧化性能

采用3kW射频电源在经真空电弧镀涂敷了NiCrAlY过渡层的涡轮和导向叶片上沉积 ZrO2陶瓷层,对其组织结构与元素面分布进行了电子探针测试.对NiCrAlY涂层进行喷丸形变处理,研究了不同时效温度下的应力变化.测试了热障涂层高温氧化与热冲击性能,结果表明,经1100℃静态氧化100h和热冲击500次陶瓷层未剥落.     

ZrB2 / C 复合材料的微观结构与高温氧化机理

在碳基体材料中添加ZrB2抗烧蚀组元,经过热压固化成型、炭化处理制得改性碳基复合材料。经过1 500℃静态抗氧化实验后,对比发现添加ZrB2的复合材料抗氧化能力得到提高。通过SEM观察发现ZrB2在高温下被氧化形成致密保护层,能有效阻止氧气扩散进入碳基体。通过热力学计算进一步分析了碳基复合材料在制备和高温氧化过程中的化学反应机理。     

TC4合金与碳纤维增强ZrB2-SiC陶瓷钎焊接头的微观结构与力学性能

文摘采用Ag-28Cu钎料对碳纤维增强ZrB_2-SiC复合陶瓷与TC4合金真空钎焊。利用扫描电子显微:镜、能谱分析仪、力学万能试验机研究钎焊保温时间对钎焊接头界面微观结构与剪切强度的影响。结果表明:碳纤维增强ZrB_2-SiC/Ag-28Cu/TC4钎焊接头结合良好,典型接头相组成如下:TC4/TiC+TiCu/Ti_2Cu/TiCu/Cu_((s,s))/Ag_((s,s))/Ti_5Si_3/TiC/ZrB_2-SiC-C。不同的保温时间未改变钎焊接头的相组成,但对于接头界面微观形貌、焊·缝厚度及组成相的数量有影响。随钎焊保温时间增加,焊缝中心Ag(s,s)、Cu(s,s)区域逐渐减小,近TC4侧反应中Ti-Cu反应层厚度逐渐增加,其中保温30 min焊缝厚度最厚为70μm、焊缝中心区域厚度为45μm。室温平均剪切强度随保温时间增加,先增加后降低,在保温时间20 min时,剪切强度最大为34 MPa。     

SiC/SiC复合材料氧化退化研究进展

从SiC/SiC复合材料氧化行为、氧化环境下的失效机理与力学性能三个方面,对SiC/SiC复合材料氧化退化的研究进展进行了综述。文中总结了影响材料氧化行为的重要因素,包括温度、氧分压、水蒸汽以及界面层厚度等。详细分析了材料在不同温度范围内的失效机制,即氧化脆化是SiC/SiC复合材料在中温范围内的重要失效机制,材料在高温下的失效主要是由纤维强度退化、蠕变及界面氧化引起的。总结出:界面氧化消耗、纤维性能退化是引起材料力学性能退化的关键因素,指出了目前研究中存在的问题和发展方向。     

共熔法制备超高温陶瓷基复合材料

首次采用共熔法制备超高温陶瓷基复合材料,三个样品初始组分分别为ZrB_2与鳞片石墨,ZrB_2、TaB_2、SiC及鳞片石墨,ZrB_2、MoSi_2与鳞片石墨。研究结果表明,共熔法制备的复合材料中各相分散均匀,产物中的石墨高度有序,石墨层间距分别为0.335 4、0.335 9与0.337 7 nm,且三者的微晶厚度分别为63.4、51.5及68.7 nm,拉曼光谱结果表明硼已经掺杂进入了石墨的网格结构。所制得的超高温陶瓷基复合材料样品中均存在一定的孔隙率,且制备的超高温陶瓷基复合材料的热导率较低。该方法为一种新型、快速、一步法制备超高温陶瓷基复合材料工艺。     

ZrB2 -SiC 超高温陶瓷的定量分析

利用XRD对超高温陶瓷粉进行分析,从衍射谱图能得到各物相组成为ZrB2 SiC、ZrO2,并且采用全谱拟合法对各物相进行定量计算.结果显示,定量分析结果的绝对误差小于2％,全谱拟合分析方法能准确地对超高温陶瓷的物相进行定量分析.     

高频热等离子体合成超细ZrB2 和ZrC 粉体材料

采用高频热等离子体工艺合成ZrB2和ZrC高温超细粉体材料,在热力学计算的基础上,采用XRD、FESEM、霍尔流量计表征产品的纯度、尺寸。结果显示,产品结晶较好纯度较高,平均粒径小于100 nm,松装密度分别为ZrB2 0.71 g/mL,ZrC 0.46 g/mL,实验室产量可以达到500 g/h。     

ZrB2 改性C/ C-SiC 复合材料性能研究

采用碳纤维复合网胎针刺预制体,通过溶液浸渍工艺制备了碳纤维增强C/C-SiC和C/C-SiC-ZrB2陶瓷基复合材料,并对材料的力学、热物理和烧蚀性能进行了分析对比。结果表明:针刺C/C-SiC-ZrB2复合材料的面内弯曲强度、厚度方向的压缩强度、层间剪切强度分别为199、274和19.3 MPa,各性能均低于对应的针刺C/C-SiC复合材料。针刺C/C-SiC-ZrB2材料与针刺C/C-SiC材料相比,热导率得到大幅度提高,而线胀系数略微有所降低。2 500 K、600 s风洞试验后,针刺C/C-SiC-ZrB2复合材料表现出良好的抗氧化烧蚀性能,质量烧蚀率约0.4×10-4g/s。     

ZrB2/C复合材料抗烧蚀性能及微观结构的研究

采用热压法制备ZrB2／C复合材料，利用氧乙炔火焰烧蚀法测试材料的质量烧蚀率和线烧蚀率，采用扫描电镜和X射线衍射分析材料的微观结构及物相变化。研究结果表明：和相同工艺制备的纯石墨材料相比，ZrB2的引入降低了炭材料的质量和线烧蚀率，ZrB2的加入量越大，烧蚀率降低幅度越大，ZrB2引入明显提高了炭材料的抗烧蚀性能；通过微观结构分析，探讨了ZrB2形态和含量对复合材料抗烧蚀性能影响的机理，研究结果展示了此材料作为高温烧蚀材料的良好应用前景。     

PIP 法制备SiBN 纤维增强氮化物陶瓷基复合材料Ⅰ———纤维和先驱体性能分析

利用先驱体聚合物浸渍-裂解(PIP)技术制备SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料,对SiBN纤维、聚硅硼氮烷有机先驱体裂解以及SiBN纤维增强氮化物陶瓷基复合材料性能进行了分析。研究表明:聚硅硼氮烷先驱体在氨气气氛下裂解得到的陶瓷产物碳含量较低,其裂解产物介电常数在3.0左右,介电损耗小于0.01;SiBN纤维中C和O元素含量均较高,碳的存在对材料介电性能影响明显;制备的氮化物陶瓷基复合材料弯曲强度为88.52 MPa,弹性模量为20.03 GPa。     

Microstructure and high-temperature oxidation behavior of plasma-sprayed Si/Yb2SiO5 environmental barrier coatings

An environmental barrier coating (EBC) consisting of a silicon bond coat and an Yb₂SiO₅ top-coat was sprayed on a carbon fibers reinforced SiC ceramic matrix composite (CMC) by atmospheric plasma spray (APS). The microstructure of the coating annealed at 1300 °C and its high-temperature oxidation behavior at 1350 °C were investigated. The significant mass loss of silica during the plasma spray process led to the formation of Yb₂SiO₅ and Yb₂O₃ binary phases in the top-coat. Eutectics of Yb₂SiO₅ and Yb₂O₃ were precipitated in the top-coat, and channel cracks were formed in the top-coat after 20 h annealing because of the mismatch between the coefficients of thermal expansion (CTEs) of Yb₂SiO₅ and the SiC substrate. The EBC effectively improved the oxidation resistance of the CMC substrate. The channel cracks in the Yb₂SiO₅ top-coat provided inward diffusion channels for oxygen and led to the formation of oxidation delamination cracks in the bond coat, finally resulting in spallation failure of the coating after 80 h oxidation.     

2D C/SiC-ZrB2复合材料的烧蚀性能

用ZrB2微粉对2D C/SiC基体进行改性,研究了化学气相渗透结合浆料浸渍及先驱体浸渍裂解工艺制备2DC/SiC-ZrB2复合材料在氧-乙炔焰和1800℃甲烷风洞环境中的烧蚀行为.结果表明:在氧-乙炔环境中,2D C/SiC-ZrB2的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为6.1×10-2 mm/s和1.0×10 -2g/s,相对2D C/SiC复合材料而言,ZrB2微粉并没有提高C/SiC复合材料的抗烧蚀性能.在1800℃甲烷风洞环境中,涂层致密度起主要作用,涂层致密度相同时,复合材料的开气孔率越大,质量烧蚀率越大,ZrB2微粉的渗入对C/SiC复合材料的烧蚀性能影响不大.     

陶瓷前驱体基防潮涂层制备及其性能表征

以全氢硅氮烷树脂为成膜物,以纳米Si O_2为填料,在石英织物表面制备出了防潮性能优良的陶瓷前驱体基防潮涂层。采用SEM、EDS、IR、DSC-TG等研究了防潮涂层在固化和高温加热过程中的结构变化,测试了其防潮性能。结果表明,在40℃、95%湿度环境下放置24 h,该防潮涂层可将石英织物的吸潮率从11.71%降到0.31%,且涂层主要组分与石英织物基材组分一致,因而其无线电波透过能力与石英织物基材相近。     

复合材料非平面连接接头强度预测

基于渐进损伤分析方法,对一种复合材料非平面连接接头承受轴向拉伸载荷作用下的失效强度进行了研究,建立了三维渐进损伤有限元模型预测连接结构的失效行为,预测的失效载荷和载荷-位移曲线与试验结果的对比一致,验证了分析的有效性。