热处理对3D-C/PyC/SiC力学性能的影响

研究了2种热处理工艺对3D-C/PyC/SiC力学性能的影响规律和机制。沉积SiC基体前对有PyC界面相的炭纤维编织体进行热处理,使3D-C/PyC/SiC的室温弯曲强度和KIC显著提高,最大提高幅度分别可达38.6%和80.5%。沉积SiC基体后对C/PyC/SiC进行热处理,使3D-C/PyC/SiC的室温弯曲强度和KIC显著降低,最大降低幅度均可达60%以上。     

条形碳化硅纤维的制备与性能

使用异形喷丝板通过熔融纺丝制备出条形聚碳硅烷原纤维,然后经不熔化及高温烧成得到条形碳化硅纤维。通过X射线衍射仪分析了条形碳化硅纤维的构成、强度及电磁性能。结果表明,条形碳化硅纤维主要由β-SiC和无定形SiC组成,纤维的当量直径为20~31μm,拉伸强度为0.8~2.4 GPa,介电常数实部ε′为6.2~6.8,虚部ε″为2.5~3.3。条形碳化硅纤维可用作结构吸波材料。     

高温处理对PCS裂解SiC基体的微晶形态及C/C-SiC材料性能的影响

采用聚碳硅烷(PCS)作为先驱体,通过浸渍裂解法制备C/C-SiC材料,分别经过1 400、1 500、1 600℃高温处理,研究了不同处理温度对SiC基体的微晶形态及C/C-SiC材料力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明,3种处理温度下,SiC的晶型主要为β-SiC。温度升高,晶粒尺寸增大,1 500℃以后生长速度减缓;SiC微晶优先沿着(111)晶面生长,(220)和(311)晶面的生长取向逐渐增加。处理温度升高,C/C-SiC材料的弯曲强度和剪切强度不断下降。1 400℃处理后,C/C-SiC材料的断裂方式呈现出非常明显的韧性断裂。C/C-SiC材料在1 500℃静态空气中的氧化失重率随高温处理温度的升高而逐渐增大,氧化程度越来越严重,断面典型区域的氧化形貌由"尖笋状"成为"梭形"。     

碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮对磨削SiC的材料去除机理的影响

碟轮修整方法可以实现对单层钎焊金刚石砂轮的精密修整,改善磨粒等高性,提高加工表面质量。为了探究此种修整方法对磨削SiC陶瓷的材料去除机理的影响,建立了砂轮修整量与单颗磨粒最大切厚之间影响关系的理论模型,并且进行了单层钎焊金刚石砂轮的碟轮修整实验,在修整过程中又进行了SiC陶瓷的磨削实验。从砂轮磨粒形貌及磨削表面形貌角度对磨削过程中的材料去除机理进行了研究。结果表明,碟轮修整单层钎焊金刚石砂轮增加了砂轮表面动态有效磨粒数,减小了单颗磨粒最大切厚,使SiC陶瓷的材料去除方式从修整前的脆性断裂转变为塑性变形,最终实现了SiC陶瓷的延性域磨削。     

纳米Fe3 Si/ SiC 吸收剂的制备及电磁参数的调节

采用聚二甲基硅烷(PDMS)和二茂铁合成了聚铁碳硅烷(PFCS),PFCS高温烧成可制成磁性纳米Fe3Si/SiC复合陶瓷吸收剂。研究了铁含量、烧成温度和保温时间等因素对吸收剂电磁参数的影响。结果表明:随着铁含量增加、烧成温度提高和保温时间延长,吸收剂的复介电常数的ε'、ε″和εr明显增大。     

二维 C/SiC复合材料的室温疲劳行为及寿命预测

为了研究二维C/SiC复合材料的疲劳行为并对其进行寿命预测,进行室温下二维C/SiC复合材料的拉伸试验和疲劳试验,并使用扫描电镜(SEM)观察其断口形貌。结果表明:C/SiC复合材料表现出类似金属的韧性断裂行为,疲劳极限约为极限拉伸强度(UTS)的85%,在室温下具有较为优良的抗疲劳性能;由于复合材料的缺口钝化效应,缺口试样的S-N曲线要高于光滑试样,但两者趋势一致,据此提出基于名义应力的疲劳寿命预测方法。     

高焓化学非平衡流条件下C/SiC复合材料的催化性能

碳化硅陶瓷基复合材料（C/SiC）成为最有希望满足临近空间高超声速飞行器热防护要求的耐高温关键材料之一,其在高焓化学非平衡流条件下的催化性能是评估新一代高超声速飞行器表面气动热载荷,热防护系统精细化设计的关键参数。基于1 MW高频等离子体风洞,采用已建立起的防热材料催化特性试验测试方法开展了C/SiC材料在驻点压力分别为1.0、1.8、3.3和6.0 kPa,焓值为19.3~35.9 MJ/kg范围内的高焓离解空气环境下,在表面温度为1 453~2 003 K范围内的表面催化反应复合效率随表面温度和表面原子压力的变化关系研究。试验结果表明：C/SiC材料在高温条件下的表面催化复合效率应该同时被定义为表面温度、驻点压力和原子分压的函数。根据试验所得到的催化数据,计算了采用C/SiC作为钝头体材料的美国某典型飞行器（飞行高度H=73 km,飞行速度U=6.478 km/s,钝头体半径R_n=410 mm）的气动热环境参数,获得了考虑完全催化和有限催化条件下飞行器表面温度变化历程,结果进一步验证了飞行器热防护系统所承受的气动热载荷以及表面温度响应在很大程度上受到防热材料表面催化特性的影响。     

Si-Ti-C-O纤维的XPS研究

运用ＸＰＳ分析手段系统研究了Ｓｉ－Ｔｉ－Ｃ－Ｏ纤维的线成及其结构,并与ＳｉＣ纤维进行比较,讨论了引入Ｔｉ后纤维的组成与结构的变化及其性能的关系。     

2D C/SiC复合材料阻尼性能研究

测试了CVI工艺制备的2D C/S iC复合材料的阻尼性能,讨论了其阻尼机制,分析了涂层、测试频率和热处理等因素对其阻尼峰的影响。结果表明,2D C/S iC复合材料的阻尼峰值可达1.86×10-2,其阻尼机制主要为微裂纹扩展、增强纤维阻尼及界面阻尼;S iC涂层可大幅度降低2D C/S iC复合材料的阻尼性能,消除阻尼特性曲线上的阻尼峰;2D C/S iC复合材料阻尼峰随加载频率的升高而降低;高温热处理使2D C/S iC复合材料阻尼峰降低。     

SiC/SiBCN-Si3N4复合材料力学性能研究

为了深入了解SiC/SiBCN-Si₃N₄材料微观形貌与高温力学行为,建立科学可靠的定量表征方法,本文使用多种表征手段对SiC/SiBCN-Si₃N₄材料进行定量观测,首先进行材料孔隙率及密度的测试,随后进行材料高温原位力学性能测试并对材料损伤机理进行了分析,最后基于试验数据构建了一种可解释的深度学习模型,实现了材料高温非线性本构关系预测。样件力学性能分析结果表明：平均应力预测误差为0.27%~0.59%、平均应变预测误差为1.96%~3.41%;同时通过量化分析明确了影响力学性能的因素依次为温度、偏轴角度、孔隙率及密度。本文实现了不同环境温度、偏轴角度与外载荷作用下SiC/SiBCN-Si₃N₄宏观力学性能的预测,可为陶瓷基复合材料高温本构模型的建立提供新思路。