先驱体浸渍裂解C/SiCN复合材料的拉伸行为与基体开裂机制

采用先驱体浸渍裂解法制备陶瓷基复合材料过程中会形成基体裂纹和孔隙,基体开裂和裂纹演化机制是工艺设计和性能优化的依据。本研究采用真空旋转浸渍–裂解法制备了无界面相的纤维束C/SiCN复合材料,分析了该材料的拉伸性能和基体裂纹增殖现象,讨论了浸渍裂解次数和热处理温度对基体裂纹的影响规律。研究结果表明:当热处理温度为1000~1400℃时,该复合材料的化学组成变化较小;热处理温度达到1600℃时,先驱体转化的SiCN基体分解,C含量降低,SiC含量升高。随浸渍裂解次数由1次增加到4次,该复合材料的平均拉伸强度分别提升14.19%、38.83%和63.47%,同时基体裂纹间距和裂纹开口距离均逐渐减小,基体纤维结合增强,断口纤维拔出减少。热处理温度从1000℃升高到1400℃,C/SiCN拉伸强度缓慢增大;热处理温度为1600℃时,SiCN基体由无定形的SiCxN4–x四面体向SiC晶体转变,基体与纤维脱粘,二者结合强度降低,同时基体体积收缩使C纤维损伤,导致该复合材料拉伸强度陡然下降30.0%。

升温速率对PIP工艺制备的3D-Cf/SiC复合材料性能及结构的影响

研究了不同升温裂解速率对PIP工艺制备的3D-Cf/SiC复合材料性能的影响。采用了3种升温制度,每次裂解时间分别为3 900 min、1 500 min和1 000 min。实验发现3种升温制度下制备的材料的力学性能差别比较小,1 000 min裂解制备的试样的弯曲强度高达762.5 MPa,其弯曲强度和断裂韧性常数还略高于另外2种。不同升温速率下试样断口的SEM照片均显示很长的纤维拔出,增韧效果显著。研究表明,适当提高升温速率并没有降低Cf/SiC复合材料的力学性能。

高性能C/SiC复合材料的快速制备

研究开发了“CVI+PIP”组合工艺 ,本着“低成本、短研制周期 ,适合批量化生产”的目的 ,研制的C/SiC复合材料弯曲强度高达 5 6 1MPa ,断裂韧性高达 17MPa·m1/2 ,制成的C/SiC复合材料推力室开孔率小于 2 % ,在0 .6MPa气压下不漏气。

纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的制备及性能

为了满足不同马赫数飞行器对透波材料提出的集透波、承载、防热、耐蚀、抗冲击于一体的性能要求,本文开展了不同耐热区间纤维增强陶瓷基复合材料的研究。采用PIP工艺分别制备了氧化铝、莫来石、石英、氮化硅纤维增强SiBN陶瓷基复合材料,并对其介电和力学性能进行了测试与评价。结果发现莫来石纤维增强SiBN陶瓷基复合材料的介电常数和介电损耗分别为4.1~4.2和1.0×10^-2~9.7×10^-3,抗弯、拉伸、压缩强度分别为95.12、34.95和80.92 MPa,具有最佳的综合性能。

低分子量聚碳硅烷制备3D-Cf/SiC复合材料

研究了低分子量聚碳硅烷(PCS)通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备Cf/SiC复合材料.分析表明:PCS的数均分子量为400,活性较强,陶瓷化产率为70%左右,在1200℃基本转化为微晶态的β-SiC.分别通过3种不同升温速率制备了3D-Cf/SiC复合材料试样,其弯曲强度分别为745.2 MPa、686.7 MPa和762.5 MPa,明显高于文献报道3D-Cf/SiC复合材料弯曲强度300～500 MPa的水平.试样断口的SEM照片均显示长的纤维拔出,有良好的增韧效果,低分子量PCS裂解得到的基体比较致密.实验结果说明,低分子量PCS适合于制备3D-Cf/SiC复合材料,并且提高升温裂解速率对材料性能影响很小.

SiC纤维表面去碳处理对PIP-SiC_f/SiC复合材料力学性能以及界面影响

采用强度测试、SEM、HRTEM等分析测试手段对纤维表面去碳前后SiC纤维强度、复合材料力学性能、纤维表面形貌、复合材料断口形貌以及复合材料界面特征进行分析表征。结果表明,去碳处理后,纤维表面的固有缺陷暴露出来,纤维强度下降约15%,但由其制备的复合材料强度下降只有原纤维制备复合材料的1/6;复合材料断口非常平整,纤维增韧效果差。分析表明,由于去碳后纤维表面缺陷增多,界面的物理结合增强以及由于基体开裂导致的纤维物理损伤加剧;去碳处理后纤维表面化学反应活性中心明显增加,导致界面化学结合和纤维化学损伤加剧。过强的界面结合和低的纤维就位强度使复合材料力学性能严重恶化。

界面层对近化学计量比碳化硅纤维增强碳化硅复合材料性能的影响

分别以国产近化学计量比SiC纤维和聚碳硅烷为纤维增强相和基体浸渍剂,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺,实现制备PyC界面层的SiC/SiC复合材料致密化。采用SEM对SiC纤维及SiC/SiC复合材料的形貌进行分析,采用三点弯曲法对材料力学性能进行测试。结果表明,国产近化学计量比SiC纤维具有高强高模的特点,界面层厚度是影响SiC/SiC复合材料的重要因素,在测试界面层厚度区间内,SiC/SiC复合材料力学性能随界面层厚度的增加先增长后降低。针对国产近化学计量比SiC纤维本征特性的聚合物先驱体浸渍裂解工艺,SiC/SiC复合材料性能较优异的界面层厚度为0.10~0.15μm。