液相渗硅法制备多孔Si/SiC生物形态陶瓷

榉木经高温热解转化为生物碳模板,经液相渗硅反应（LSIP）,在1 550℃、渗硅1.5 h、1 700℃抽真空排硅制备了保持木材微观结构的多孔Si/SiC生态陶瓷。利用X射线衍射分析（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）及压汞技术对样品的物相构成、显微结构和孔径分布进行了测试分析。利用阿基米德法和三点弯曲法测定了多孔陶瓷的气孔率、密度和弯曲强度。结果表明,最终产物由主晶相β-SiC和少量Si组成,控制高温排硅时间可以得到孔隙率为16%~32%的多孔Si/SiC生态陶瓷,可调控其产物的相组成和力学性能。对LSIP工艺的反应机理进行了探讨。

液相渗硅法和原位反应法制备硅化石墨及性能研究

分别采用液相渗硅法和原位反应法制备了硅化石墨,讨论了石墨基体密度和渗硅方法对硅化石墨力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:2种方法都能明显提升石墨的抗弯强度,液相渗硅法制得的硅化石墨表面有一层浓度梯度分布的SiC层,石墨基体的耐磨性能得到明显改善。综合力学性能和摩擦性能考虑,选择低密度的石墨通过石墨化处理并采用液相渗硅法可以制备得到性能更优的硅化石墨。

界面涂层对液相硅浸渗制备C/SiC复合材料力学性能的影响

采用化学气相沉积工艺对短切碳纤维毡体进行界面涂层改性处理后树脂浸渍裂解得到了多孔C/C预制体,再将预制体液相硅浸渗制备了C/SiC复合材料。对比了纤维有无界面涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响,并分析了其断裂机制。结果表明,与无界面涂层改性相比,碳毡经化学气相沉积SiC涂层改性处理后制备的C/SiC复合材料的力学性能更好,强度和模量分别提高了192%和36%。界面涂层增强了纤维的抗硅化效果是C/SiC复合材料力学性能提高的主要原因,但同时复合材料也呈现出脆性断裂模式。

C/C泡沫预制体液相硅浸渗制备C/SiC复合材料研究

以中间相沥青浸渍整体碳毡发泡技术制备的一种新型多孔C/C泡沫复合材料为预制体,通过液相硅浸渗(LSI)工艺制备了C/SiC复合材料,研究了预制体不同孔隙率对Si浸渗及C/SiC复合材料力学性能和微观形貌的影响,分析了复合材料的物相组成和晶体结构。结果表明,采用发泡技术可以快速有效地实现C/C预制体的致密化处理。预制体孔隙率为65.41%时液相硅浸渗处理后所得复合材料性能最好,密度为2.64g/cm^3,弯曲强度为137MPa,弹性模量为150GPa。纤维未作表面抗硅化涂层处理以及复合材料中存在闭孔是C/SiC复合材料性能不佳的主要原因。

多孔C泡沫预制体液相渗硅制备C/SiC复合材料研究

以多孔C泡沫为预制体,利用液相渗Si工艺制备了C/SiC复合材料。采用酚醛树脂浸渍-裂解工艺对C泡沫预制体的孔隙率进行调整,考察浸渍-裂解周期对C泡沫预制体孔隙率的影响,研究了C泡沫预制体孔隙率对C/SiC复合材料密度、力学性能、组成和结构的影响。结果表明:预制体孔隙率为72%时制备的C/SiC复合材料性能较好,其密度为2.58g/cm3、弹性模量为81.39GPa,抗弯曲强度为83.88MPa;随着预制体孔隙率的降低,复合材料的密度、弹性模量和抗弯曲强度不断降低,预制体孔隙率的降低影响液相Si充分扩散与C反应,造成复合材料内部存在大量闭孔,这是导致C/SiC复合材料性能下降的主要原因。

碳/碳碳化硅复合材料的摩擦磨损行为与机理

以液相渗硅工艺为手段制备了C／C—SiC复合材料。分别采用MMW．IA与MM．1000型试验机对复合材料的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明：在实验室条件下，当压力恒定在0．48MPa时，转速对复合材料的摩擦磨损的性能影响甚微，摩擦系数为0．15～0．16，且磨损率接近；当转速恒定在0．3m／s时，不同压力条件下的摩擦系数相近，为0．13～O．15，但磨损率存在较大差异，材料磨损以磨粒磨损为主。在近工况条件下，C／C—SiC复合材料的摩擦系数达到0．50，磨损率达到5．95mg／次，摩擦曲线表现为典型的马鞍形曲线，试验前期材料磨损主要表现为磨粒磨损，试验后期为粘着磨损。

内部硅化法制备低成本C/SiC复合材料

采用内部硅化法制备了低成本C/SiC复合材料,通过三点弯曲法表征了复合材料的强度,采用X射线衍射(XRD)分析了基体组成,通过扫描电镜(SEM)研究了纤维/基体界面和复合材料断裂面的微观结构。结果表明,纤维表面沉积CVD-SiC保护涂层能够有效保护碳纤维不被硅侵蚀,调整硅粉和酚醛树脂配比使C∶Si摩尔比等于10∶9,可消除SiC基体中的残余自由硅。研制的低成本2D C/SiC复合材料的弯曲强度和剪切强度分别达到247MPa与13.6MPa。2D C/SiC复合材料的断裂行为呈现韧性破坏模式,在断裂面存在大量的拔出纤维,复合材料的断裂韧性(KIC)达到12.1MPa.m1/2。

激光选区烧结金刚石/碳化硅复合材料性能研究

采用激光选区烧结(SLS)技术结合液相渗硅工艺制备了金刚石/碳化硅复合材料,研究了粉末原料中金刚石含量对SLS成形素坯和金刚石/碳化硅复合材料性能的影响,利用电子探针显微分析仪分析了复合材料的物相分布和硅-碳反应机理。结果表明,金刚石含量的增加可以有效提高复合材料的物理性能、机械性能和热学性能。金刚石/碳化硅复合材料的最大体积密度、抗弯强度和表面洛氏硬度HRA分别为(2.90±0.01)g·cm^(-3)、(231.15±3.27)MPa、78.06±0.54,在常温下的最低热膨胀系数和最高热导率分别为2.06×10^(-6) K^(-1)和207.21 W·m^(-1)·K^(-1)。

生物形态多孔碳化硅催化载体的制备

玉米经高温热解转化为生物碳模板,通过液相渗硅反应制备了具有生物形态微观结构的多孔SiC催化载体材料。借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品的物相和微观结构进行了表征,通过阿基米德法测定了产物的表观气孔率。实验结果表明,最终产物由β-SiC、Si和少量的α-SiC组成;多孔SiC遗传了玉米模板的蜂窝状多孔结构;随着起始硅碳比的增加,SiC含量和残余硅量均有所增加,生物碳模板向多孔SiC陶瓷的转变使显气孔率从93.14%降至86.03%。

具有高梁微观结构多孔SiC的制备与表征

高粱经高温热解转化为碳模板,再经液相渗透技术与熔融硅反应,生成具有高粱微观结构的多孔SiC材料.采用XRD、SEM和压汞技术对样品的物相、微观结构以及孔分布进行了研究.结果表明,最终的产物主要由β-SiC组成,且很好地复制了碳模板的微观结构.SiC的平均孔径和孔隙率分别为91.4μm和76.6%,与碳模板的88.5μm和71.2%相似.SiC的比表面积为33.7m^2/g,与碳模板的比表面积59.4m^2/g相比明显降低.二者相近的表面分维数(SiC为2.73,碳模板为2.70)也表明SiC很好地保持了碳模板的微观结构.高粱转化的SiC具有颗粒直径大、孔隙率高等特点.

一种新型多孔SiC的制备与性能研究

以滤纸和酚醛树脂为原料,通过模压成型、固化、碳化和渗硅制备出微观结构均匀的多孔碳化硅.碳化的温度固定时,多孔碳的气孔率随酚醛树脂用量的增大而减少,弯曲强度随着酚醛树脂用量的增大而增大.酚醛树脂/滤纸两种成分的质量比固定时,气孔率随着碳化温度的升高而减小,弯曲强度随着碳化温度的升高而增大,从SEM照片可以看出,由滤纸纤维的杂乱排列和碳化时不同的收缩率产生了相互连通不规则的孔,在多孔碳化硅结构中也得以保留.多孔碳化硅的气孔率随着排硅时间的增加而增大,强度和韧性随着排硅时间的增加而减小.在1650℃,并经过30min排Si,较大孔隙中的Si就可以排掉,此时得到的多孔SiC具有较高的强度和韧性.

C/C-SiC复合材料的反应烧结法制备及应用进展

C/C-SiC复合材料具有轻质、高模、高热导率、低热膨胀系数、高温抗氧化等优异性能,是很好的高温结构材料。从C纤维的涂层保护、C/C多孔体的优化设计、反应烧结渗硅3个方面概述了C/C-SiC复合材料的反应烧结工艺制备过程;综述了C/C-SiC复合材料在航空航天、空间光学系统、刹车制动等领域的相关应用进展;展望了C/C-SiC复合材料制备工艺和应用方面的发展趋势。

C/C多孔体对C/C-SiC复合材料微观结构和弯曲性能的影响

以4种纤维含量相同(32%,体积分数,下同),用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)法制备了4种密度的碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)多孔体,基体炭含量约20%～50%。利用液相渗硅法(liquid silicon infiltration,LSI)制备了C/C–SiC复合材料,研究了C/C多孔体对所制备的C/C–SiC复合材料微观结构和弯曲性能的影响。结果表明:不同密度的C/C多孔体反应渗硅后,复合材料的物相组成均为SiC,C及单质Si;随着C/C多孔体中基体炭含量的增加,C/C–SiC复合材料中SiC含量逐渐减少而热解炭含量逐渐增加。C/C–SiC复合材料弯曲强度随着材料中残留热解炭含量增加而逐渐增加,热解炭含量为约42%的C/C多孔体所制备的C/C–SiC复合材料的弯曲强度最大,达到320MPa。

硅液相浸渍反应制备TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷

以滤纸、酚醛树脂和氧化钛为原料,经过模压成型、固化、碳化及不同条件下渗硅制备了TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜研究了TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷的微观结构和物相组成,测量了复相陶瓷的弯曲强度和断裂韧性。结果表明:真空条件下液态渗硅获得的TiC/SiC复相陶瓷具有多孔的微观结构,其弯曲强度和断裂韧性较小。氮气气氛下液态渗硅制备的TiN/SiC复相陶瓷结构致密,有较高的弯曲强度和断裂韧性。不同反应生成的TiC,TiN陶瓷颗粒对液态硅的润湿性不同,使得生成的复相陶瓷具有不同的微观结构。TiN/SiC复相陶瓷中TiN颗粒的引入,在基体与第二相颗粒间的界面上产生拉应力和压应力,使达到这一区域的裂纹偏转,从而获得增韧效果。

液相渗Si工艺制备2D CF/SiC复合材料中SiC晶粒的生长机制

由液相渗硅工艺(LSI)制得了2D CF/SiC复合材料,经过XRD分析得知材料中SiC均为β相。经过同质量比的K_3Fe(CN)_6与KOH混合水溶液对其进行腐蚀,由SEM观察腐蚀后2D CF/SiC复合材料的形貌,发现其中SiC呈现细等轴晶和粗大晶粒两种不同的形貌。分析认为LSI工艺制备2DCF/SiC复合材料中生成的SiC有两种生成机制:Si原子通过空位机制向碳中扩散形成无定型SiC,在保温过程中结晶形成细晶SiC层;C原子扩散进入熔融态硅中形成C—Si基团,由于温度梯度和浓度梯度的存在,在远离C/SiC界面处过饱和析出,通过溶解-沉淀机制形成粗大的SiC晶体,在晶粒的长大过程中伴随着层错的出现。

LSI制备具有SiC涂层的石墨材料及其性能研究

以鳞片石墨、氮化硼粉、氧化钇粉、氧化铝粉作为掺杂粉末,掺杂粉末与硅粉的混合粉末作为硅源,采用液相渗硅工艺在石墨基体材料表面制备SiC涂层。研究硅源中掺杂粉末含量对渗硅后石墨样品性能与结构的影响。XRD与SEM分析表明,经过1600℃渗硅处理后,硅源中的Si渗透到基体内部与碳发生原位反应生成SiC涂层,SiC涂层表面粘附硅少。当掺杂粉末总质量分数为12%时,制备的SiC涂层具有良好的抗氧化效果,材料在1300℃空气中氧化6 h失重率仅为1.39%。

TiB_(2)、CNT双相增韧碳化硼复合陶瓷及其性能研究

在1500℃的真空条件下,通过液相渗硅法(liquid silicon infiltration,LSI)制备了碳化硼/二硼化钛-碳纳米管(B_(4)C-TiB_(2)-CNT)陶瓷复合材料,对其成分、形貌、性能和增韧机理进行了分析表征和研究。结果表明:复合材料的主要组成相为B_(12)(C,Si,B)_(3)、SiC和Si。二硼化钛和碳纳米管显著提高了液相渗硅烧结碳化硼陶瓷的力学性能,在TiB_(2)和CNT的添加量分别为10%和0.4%时,复合陶瓷的弯曲强度和断裂韧性达到了(390±18)MPa和(5.38±0.38)MPa·m^(1/2),分别比B_(4)C陶瓷高了31%和53%。本文的研究从片状SiC颗粒和CNT的拔出、TiB_(2)的颗粒增韧以及裂纹的偏转等方面解释了B_(4)C-TiB_(2)-CNT复合材料的增韧机理。

液态硅浸渍反应和混合酸(HNO_3+HF)刻蚀制备多孔SiC陶瓷

通过液态硅浸渍反应和混合酸(HNO3+HF)腐蚀制备了多孔SiC陶瓷。扫描电镜(SEM)结果显示,多孔SiC具有不规则且相互连通的孔道结构,其微观形貌特征源于滤纸和酚醛树脂制备的多孔碳。多孔SiC的气孔率可达62%,混合酸腐蚀的多孔SiC的弯曲强度和断裂韧性均小于致密SiC/Si复合体。并提出用循环氧化-腐蚀机制解释游离态Si的腐蚀过程。

硅、铜浸渍改性C/C复合材料制备技术、性能及应用

介绍了硅、铜浸渍改性C/C复合材料的制备、性能和应用。在C/C复合材料毛坯的基础上,通过液体硅渗透(LSI)制备C/C-SiC复合材料是一种快速致密的陶瓷基复合材料成型技术,可提高材料表面硬度和抗氧化性能,在刹车材料、空间望远镜用镜面、航天飞行器热防护系统、高温换热器等方面已得到实际应用。铜改性C/C复合材料可提高其导电性,用于铁路系统引电弓、第三轨等方面。

基于大黄米的生物形貌分级多孔SiC材料(英文)

研究了大黄米向生物形貌Si C的转化。大黄米经800℃炭化转变成碳模板,在1600℃下与熔融硅反应生成Si C。以TG技术考察大黄米向碳模板转化过程的失重行为,以XRD、SEM等方法对碳模板和Si C的物相、形貌结构进行分析。结果表明,相比于大黄米,碳模板发生了大约82%的失重和20%~30%的各向异性收缩,表面分布有孔隙通道,内部呈蜂窝状的分级孔道结构。最终的产物以β-Si C为主,且较好地复制了碳模板的宏观形貌和微观结构,表明碳模板成功转化为生物行貌的Si C材料。