“CVI+压力PIP”混合工艺制备低成本C／SiC复合材料

以低成本填料改性有机硅浸渍剂作为先驱体,采用“化学气相渗透法+压力先驱体浸渍裂解法”(CVI+P-PIP)混合工艺制备了低成本C／SiC陶瓷复合材料．研究了浸渍剂裂解机理,探讨了界面涂层对复合材料性能的影响．结果表明,填料改性有机硅浸渍剂裂解产物结构致密、陶瓷产率高;压力可提高填料改性有机硅浸渍剂的致密效率．混合工艺充分利用沉积 SiC基体和裂解SiC基体的致密化特点,有效缩短了制备周期． C／SiC／C三层界面不仅可降低纤维／基体之间结合强度界面,提高了复合材料韧性;而且减缓了氧化性气体扩散到碳纤维表面的速度,改善了复合材料的抗氧化性能．复合材料的抗弯强度达到455MPa,断裂韧性达到 15．7MPa·m-1／2．在1300℃空气中氧化3h,复合材料失重仅8．5％．

碳化硅CVI工艺沉积动力学模拟研究

化学气相渗透(CVI)工艺被广泛应用于制备碳基及碳化硅(SiC)基复合材料,CVI工艺是实现制备高纯度和高晶粒度SiC基体的SiCf/SiC复合材料最佳方案。为了优化CVI制备SiC基体的工艺参数,本文主要研究了CVI工艺沉积SiC的动力学机理及数值模拟。对于CVI工艺SiC沉积的动力学,本文提出了SiC沉积过程的反应动力学机理模型,并通过耦合反应器内的流场和浓度场,模拟了甲基三氯硅烷(MTS)在CVI过程中的SiC沉积实验。通过对样品在CVI致密化过程中孔隙率的实验结果与模拟结果比较,表明该SiC沉积动力学模型的合理性。通过模拟获得了在反应器内的速度场和各组分(MTS,CH_(3),SiCl_(3))的浓度场分布情况,以及预制体致密化过程的密度分布情况。以上SiC的CVI工艺动力学模拟,对未来优化SiCf/SiC复合材料CVI工艺具有重要的指导意义。

PIP结合CVI制备氧化铝-莫来石陶瓷基复合材料

通过PIP结合CVI法制备了C纤维增初三维氧化铝-莫来石陶瓷基复合材料,采用CVD法制备了防氧化涂层,研究了复合材料致密化过程、复合材料的物相、微观结构、力学性能和抗氧化性能。结果表明,CVI能够将氧化硅引入到多孔氧化铝基体内部,1400℃处理后氧化硅与氧化铝完全反应生成莫来石,显著提高了仅以PIP法制备的多孔氧化铝基复合材料的力学性能,CVD制备的氧化硅涂层有效阻止了氧气的侵入,复合材料在1200℃大气环境下保温50h后,试样三点弯曲强度保持率为70％。

C/C复合材料热梯度CVI工艺的数值模拟研究

TCVI(热梯度 CVI)工艺是一种很有潜力的 C/C复合材料制备工艺 ,它可以在较短的时间内制备出密度均匀性较高的 C/C复合材料制件。本文根据传热、传质理论及 C/C复合材料预制体的结构特点建立了 TCVI过程的动力学模型和几何模型 ,在该模型的基础上利用数值模拟技术对该工艺进行了模拟和分析。模拟结果为 TCVI工艺的开发和应用提供了理论依据。

化学气相渗（CVI）碳化硅工艺研究

对均热法、热梯度法和压差－温度梯度法三种化学气相渗ＳｉＣ工艺进行了研究，结果表明：三种方法制备周期依次缩短。均热法适合制备形状复杂的样品，提高沉积效率靠增大沉积炉和多放样品来实现，整个过程受气体自由扩散所控制；热梯度法适合制备形状简单、规则的薄壁试样，每炉只能做一个，过程主要受样品内外温度梯度所控制，用该法可以制备出成分连续变化的功能梯度材料；压差－温度梯度法适合制备板状、圆筒状厚壁样品，过程受样品两侧的温度差和气体压力差所控制。三种方法各有优缺点。根据需要可灵活运用。

碳基及陶瓷基复合材料CVI工艺数值模拟的相关数学模型

概要阐述了ＣＶＩ数值模拟的基本原理及几种相关的数学模型，提出了２Ｄ碳／碳复合材料的孔隙结构模型，并验证了该模型的可行性。

利用束丝复合材料对PIP工艺制备2D-SiC_f/SiC复合材料力学性能进行表征

为了找到一种能有效对陶瓷基复合材料先驱体浸渍裂解(PIP)工艺参数进行优化的方法,提出利用束丝复合材料对二维复合材料力学性能进行表征的方案。对5种PIP工艺条件制备的束丝以及二维SiCf/SiC复合材料在不同PIP工艺条件下力学性能变化规律进行了研究,并对采用束丝复合材料对二维复合材料力学性能表征的有效性进行了分析。研究表明,束丝复合材料和二维复合材料力学性能随PIP工艺的变化规律完全相同,这是因为两种复合材料界面、纤维损伤等特性基本相同。采用强度比对两种复合材料力学性能一致程度进行了表征,结果表明两者一致性较好,但随PIP工艺复杂程度的提高,两者一致性降低。利用束丝复合材料可以对二维复合材料力学性能进行较好的表征,可对二维等实体复合材料制备工艺进行初步优化,从而使材料工艺设计效率大为提高。

CVI工艺过程中气体传质模型与计算

在建立碳布叠层体心立方模型、碳布叠层立方模型和纤维束叠层模型典型预制体的宏观孔隙结构几何模型和气体传质数学模型的基础上 ,研究了CVI(chemicalvaporinfiltration)工艺过程中孔隙网络结构对气体比渗透率和材料致密度的影响。结果表明 :孔隙网络的结构与形状是决定反应气体在孔隙中的比渗透率和部件最终致密度的主要因素之一。

碳/碳复合材料ICVI工艺的研究进展

综述了碳/碳复合材料等温 CVI 制备工艺的最新研究进展,重点介绍了致密化过程和热解碳的形成机理,并展望了今后的发展趋势。

C/C复合材料等温CVI工艺T-S模糊系统研究

等温 CVI是目前制备高性能碳 /碳 (C/ C)复合材料的重要技术 ,其主要不足之处是周期长 ,成本高。建立 CVI工艺参数与沉积速率或均匀性之间的关系模型 ,进而来指导工艺的设计与优化 ,是达到降低 C/ C复合材料开发成本的重要途径。本文提出基于模糊推理系统理论 ,建立等温 CVI工艺基于实验的 T- S模糊系统模型 ,来挖掘和表达实验中所积累的无法用公式来描述的经验 ,根据该模型得到了一类盘状制件 CVI工艺主要沉积条件的作用机理 ,为工艺优化、设计和控制提供了理论上的指导。

遗传算法在C/C复合材料等温CVI工艺参数优化中的应用

阐述了采用基于遗传算法的数值优化技术对等温 CVI工艺参数进行优化的方法和过程 ,并对 2 D C/ C复合材料的 ICVI工艺参数进行了优化。结果表明 ,该技术有助于降低实验成本 ,提高碳基。

限域变温强制流动CVI工艺制备C/C复合材料的组织及力学性能特点研究

分析了采用限域变温强制流动CVI工艺制备C/C复合材料的组织及力学性能特点 ,结合C/C复合材料的组织形成规律和组织对性能的影响规律 ,详细研究了在同一工艺条件下所获得的具有不同组织和不同力学性能的C/C复合材料的力学性能及组织分布规律 ,并从微观组织结构的角度对力学性能的变化规律给予解释。

用CVI工艺制备的低密度单向C/C复合材料的阻尼性能

用化学气相渗透工艺（ＣＶＩ）制备出几种不同密度及不同炭纤维类型增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料。在国内自制多功能内耗仪上用扭摆法测试其阻尼性能。结果表明，低密度单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼随密度的升高而降低。同种工艺条件，高模炭纤维Ｔ－５０增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料的阻尼性能优于高强炭纤维Ｔ３００增强的单向Ｃ／Ｃ复合材料，且前者在８０～２００℃范围内有一明显的内耗峰。纤维类型和界面微观结构是影响这类单向Ｃ／Ｃ复合材料阻尼性能的重要因素。

碳/碳复合材料CVI工艺中热解碳形成机理的研究

对碳碳复合材料CVI(或CVD)工艺中热解碳组织的类型、沉积机理等研究情况进行了简要的综述,并对其进一步研究提出了相应观点。

PIP法制备C/C-SiC复合材料的工艺研究

以聚碳硅烷为原料,利用前驱体浸渍裂解工艺制备了C/C-SiC复合材料。分别研究了以二乙烯基苯和二甲苯为溶剂的聚碳硅烷溶液的粘度值,选择最佳的溶液对复合材料进行浸渍裂解,同时研究了浸渍工艺对复合材料致密度的影响,并对制备的C/C-SiC复合材料进行了微观结构分析。研究表明:以二甲苯为溶剂配制的质量比为0.4的聚碳硅烷溶液在35.C下具有良好的流动性,裂解产率较高;采用超声、真空加压浸渍方式能够有效提高C/C-SiC复合材料的致密度,缩短制备周期。通过9个周期的浸渍裂解,将复合材料的密度快速提升至1.85g/cm^3,材料的最终开气孔率为12.50%,材料内部结构致密,力学性能优异。

PIP工艺制备陶瓷基复合材料的研究现状

陶瓷基复合材料具有高熔点、低密度、耐腐蚀、抗氧化和抗烧蚀等优异性能,在航空航天及核裂变、核聚变领域具有广泛的应用潜力,连续纤维增韧的陶瓷基复合材料是目前的研究热点。

炭/炭复合材料CVI工艺的数值模拟现状

从预制体结构模型、动力学模型和模拟算法等方面综述了国内外炭/炭复合材料 CVI(chemical vapor in-filtration)工艺数值模拟的研究现状,着重阐述了各种结构模型的优缺点,各种传质动力学模型的前提假设,指出了数值模拟所面临的困难和应解决的关键问题。

CVI-PIP法制备连续纤维增韧碳化硅基复合材料的研究

CMC-SiC是航空航天等高科技领域不可缺少的材料。先驱体浸渍热解(PIP)和化学气相渗透(CVI)是制备CMC-SiC较为理想的方法。采用PIP和CVI相结合的技术制备了CMC-SiC。结果表明,制备CMC-SiC的最好工艺是初始进行短期的CVI过程,随后再进行反复的PIP循环。

低成本PIP工艺制备陶瓷基复合材料研究进展

聚合物浸渍裂解(Polymer infiltration pyrolysis,PIP)工艺简单,可以净尺寸成型复杂构件,在陶瓷基复合材料制备中有着广泛的应用。但是其先驱体合成工艺复杂、陶瓷产率低、价格昂贵,且PIP工艺周期长,使得生产成本高昂,影响其发展和工程化应用。从陶瓷先驱体的低成本研发与高效率的致密化工艺两部分对陶瓷基复合材料的低成本制造进行了综述。

陶瓷基复合材料增韧机理与CVI工艺

总结和介绍了陶瓷基复合材料的增韧机理、基体和增强增韧纤维的选择、CVI工艺,并提出了亟待解决的问题和发展方向。