碳化硅晶须对C/C复合材料表面SiC涂层的影响

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法(CVD)在C/C复合材料表面原位生长碳化硅晶须(SiCw)及制备SiC涂层,研究SiCw对SiC涂层微观形貌,织构及力学性能的影响。结果表明:SiCw不仅可促成SiC等轴颗粒的细化、生长完善,裂纹宽度减小、偏转明显,而且可使涂层的织构发生改变;同时,大量的空洞在SiCw处形成,使得内层SiC涂层硬度低于外层,从而导致整个SiC涂层的硬度和弹性模量降低。

炭/碳化硅复合材料在高温燃气环境中的铰链传动与摩擦行为

采用化学气相渗透法(CVI)制备了二维炭纤维增强碳化硅(C/SiC)全陶瓷基复合材料铰链试样.高温燃气风洞实现了铰链试样在1800℃高温氧化气氛中传动与摩擦行为的试验模拟.基于耦合应力等效模拟系统的开发,采用摩擦力矩的变化表征材料的传动与摩擦行为.对比分析了材料在室温与高温下以传动为背景的高载荷、低转速摩擦磨损行为及机理.C/SiC复合材料铰链试样在高温燃气环境中稳定的摩擦力矩和对滑动时间的不敏感,验证了材料在高温下更稳定、更可靠的高温摩擦性能及热承载能力.高温下表面生成的氧化反应膜通过应力的重新分布起到有效的保护与润滑作用.

2维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征

通过单向拉伸和分段式加载-卸载实验,研究了二维编织C/SiC复合材料的宏观力学特性和损伤的变化过程。用扫描电镜对样品进行微观结构分析,并监测了载荷作用下复合材料的声发射行为。结果表明:在拉伸应力低于50MPa时,复合材料的应力-应变为线弹性;随着应力的增加,材料模量减小,非弹性应变变大,复合材料的应力-应变行为表现为非线性直至断裂。复合材料的平均断裂强度和断裂应变分别为234.26MPa和0.6%。拉伸破坏损伤表现为:基体开裂,横向纤维束开裂,界面层脱粘,纤维断裂,层间剥离和纤维束断裂。损伤累积后最终导致复合材料交叉编织节点处纤维束逐层断裂和拔出,形成斜口断裂和平口断裂。

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。

连续纤维补强增韧碳化硅基陶瓷复合材料研究进展

连续纤维补强增韧碳化硅基陶瓷复合材料具有密度低、强度和韧性高、抗氧化、耐高温等综合性能,已在国外宇航领域得到了广泛的应用。综述了国内外连续纤维补强增韧 C/SiC 陶瓷复合材料的研究进展,主要包括国内外在增韧机理、基体复合技术、界面技术以及应用等方面的研究进展情况。

C_f/SiC复合材料先驱体转化法浸渍工艺条件优化

主要研究了先驱体转化法制备碳纤维三维编织物增强陶瓷基复合材料的浸渍工艺条件 ,探讨了不同温度、压力对PCS/DVB溶液法和PCS熔融法浸渍效率的影响 ,优化出最佳浸渍工艺参数。结果表明 ,温度对PCS/DVB溶液粘度影响较大 ,升高温度可急剧降低PCS/DVB溶液的粘度 ,有利于浸渍。PCS/DVB溶液法浸渍的最佳工艺参数为 :50℃～ 6 0℃ ,2MPa。PCS熔融法浸渍的最佳工艺参数为 :30 0℃ ,2MPa。采用PCS/DVB溶液法浸渍时的浸渍效率优于PCS熔融法。经四个浸渍裂解周期后溶液法制备的材料密度 (1.53g/cm3～ 1.6 1g/cm3)明显优于先驱体熔融法 (1.4 3g/cm3～ 1.52g/cm3)。

C/SiC复合材料与Nb的液相渗透连接

研究了不同编织方法的C/SiC复合材料与金属Nb的连接情况。采用液相渗透连接方法以Ni基连接剂为中间层在1300℃、保温时间45min、压力20MPa、真空条件下分别对二维、三维C/SiC复合材料与金属Nb进行了连接。结果表明二维C/SiC复合材料与金属Nb不能得到较好的连接,整个连接件在由连接温度降温到室温过程中已发生脱离现象;而三维C/SiC复合材料与Nb金属连接良好。

SiC/SiC复合材料MI工艺制备技术

以碳化硅纤维或其他无机纤维复合陶瓷基体的新型材料兼具纤维与陶瓷的优点,具备高比强度、高比模量、抗氧化、耐烧蚀等优势,是下一代商用航空发动机耐热结构件的理想材料。以连续SiC纤维增韧SiC陶瓷基复合材料为代表的CMC,作为热端部件首选的复合材料,与传统的高温合金相比,其优势在于拥有更低的密度和更高的耐温能力。

SiC/Mo-Si复合涂层C/SiC复合材料的氧化性能

采用化学气相沉积法(CVD)和刷涂法在C/SiC复合材料表面制备抗氧化涂层。该涂层由致密的CVDSiC层和多孔的Mo-Si层交替组成,其结构从里到外为:CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层→Mo-Si层→CVDSiC层。涂层试样于1400℃的氧化实验和1400℃100℃的热震实验结果表明:在氧化和热震过程中,涂层均保持完整,没有出现脱落和掉块等失效现象。经1400℃、150h氧化后,涂层试样的失重率仅为0.25%,失重速率为6.61×10-6g.cm-.2h-1。在热震过程中,涂层试样基本保持氧化增重。经25次和50次热震后,涂层试样的弯曲强度保持率分别为95.73%和81.61%。SiC/Mo-Si复合涂层具有优异的抗氧化和抗热震性能,可对C/SiC复合材料提供1400℃、长时间的氧化防护。

二维C/SiC复合材料连接的显微结构与性能

采用 Ni基连接剂作为中间层在 130 0℃、真空条件下对二维编织 C/Si C复合材料用液相渗透法进行了加压连接 ,所施压力为 2 0 MPa,连接保温时间分别为 15 ,30 ,4 5 ,6 0 min。用扫描电镜 SEM及能谱分析了连接情况 ,结果表明所采用 Ni基连接剂与 C/Si C复合材料有较好的润湿性 ,Ni基连接剂熔融后可进入复合材料的孔隙。接头三点弯曲强度可达 6 0

Cr-Si复合涂层C/SiC复合材料的显微结构与性能

对 Si C/ Cr- Si复合涂层 C/ Si C复合材料的结构和抗氧化性能进行了研究 ,并与 Si C涂层 C/ Si C复合材料的结构和性能进行了对比。前者在 10 0 0～ 15 0 0℃内表现出较好的抗氧化性能 ,这是由于 Si C涂层表面的缺陷被 Cr- Si涂层填充。由于涂层之间的热膨胀系数相差较大 ,复合涂层 C/ Si C复合材料在 5 0 0～ 70

连续同步复合法快速制备C/SiC复合材料

连续同步复合法是一种建立在传统 CVI原理基础上的制备碳布增韧陶瓷基复合材料的新工艺 ,在制备过程中碳布通过连续缠绕在旋转的石墨衬底上 ,使纤维预制体的制备与基体的热解沉积同步进行 ,从而实现增韧相与基体在宏观和微观尺度上同步复合。通过控制反应物气体浓度、沉积温度与碳布缠绕线速度 ,达到控制微观孔隙网络与宏观孔隙的协调致密化。采用连续同步复合法制备碳布增韧 Si C基复合材料 ,实际密度可达其理论密度的 93 % ,制备周期显著缩短。

连续碳纤维增韧碳化硅基复合材料数据库

连续碳纤维增韧碳化硅基复合材料(C/SiC)数据库为C/SiC复合材料的研究和应用提供了一个高效的数据存储、管理和访问的平台,实现了从材料制备、试样加工到性能试验的全过程的信息管理,包含了物理性能、力学性能、热物理化学性能等多种类型的数据,并提供了数据管理功能和一些应用工具。系统采用了最先进的软硬件平台以延长系统的生命周期,应用了一些新的数据库技术,如对像数据类型、统一建模语言(UML)等,简化了数据库的逻辑结构。制定了数据规范、约束、触发器等保证数据的完整性和一致性,并建立了严格的安全机制。

C／SiC复合材料在传动过程中的摩擦磨损行为

采用化学气相渗透法(CVI)制备了二维碳纤维增强碳化硅(C／SiC)陶瓷基复合材料．基于耦合应力等效模拟系统的开发,采用摩擦扭矩的变化表征传动过程的摩擦磨损性能．研究了以传动为背景的高载荷、低转速摩擦磨损行为及机理．C／SiC复合材料以其较低的摩擦扭矩、低的磨损率特别是在高载荷下的较小变形验证了良好的耐磨特性以及承载能力．相同条件下其磨损率只有Ti合金的1／10～1／20．低转速下磨损机理以磨粒磨损为主,高载荷没有引起表面热裂纹．

P_yC/SiC/TaC界面对三维细编C_f/C复合材料力学性能的影响

采用等温气相沉积方法制备了一种含PyC/SiC/TaC界面的炭/炭复合材料,采用偏光显微镜、X射线衍射和扫描电镜分析了材料的结构和断裂特点,采用单轴拉伸和三点弯曲方法研究了PyC/SiC/TaC界面对炭/炭复合材料力学性能的影响。金相和XRD表明热解炭界面是各向同性炭,TaC界面是NaCl型立方结构,SiC的结构以立方β-SiC为主,有少量的10H-SiC结构。TaC/SiC纤维界面能显著提高复合材料的拉伸、弯曲性能以及Z向压缩性能。整体密度为1.89 g/cm3时,含界面炭/炭材料的抗弯强度达375 MPa,约为无界面材料的4倍,同时材料整体密度的增加也能显著改善其力学性能。分析表明材料总体呈非线性脆断,有一定的假塑性行为。压缩载荷作用下Z向和XY向都为与受力方向成45°的剪切型破坏。

C-SiC-B_4C复合材料烧结曲线的制定研究

利用TG-DSC热分析和傅里叶红外光谱分析研究了在不同炭化温度下C-SiC-B4C复合材料用煤沥青粘结剂的热缩聚焦化过程,考察了煤沥青焦化过程中内部结构基团变化。通过对中温煤沥青的TG-DSC分析和红外分析结果发现：中温煤沥青的结焦炭化过程主要在210~600℃之间完成,当利用煤沥青作粘结剂制备C-SiC-B4C复合材料时,这个温度区间的升温速率必须尽量减慢;一定范围内,随着烧结温度的提高,能够提高C-SiC-B4C复合材料的致密化程度。

预氧化处理时间对C/C复合材料及其SiC抗氧化涂层的影响

采用基体预氧化处理结合化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备具有嵌入式界面的SiC涂层,研究预氧化处理时间对C/C复合材料及其SiC涂层微观结构的影响,并对涂层试样进行1 500℃高温抗氧化性能测试。结果表明,C/C复合材料预氧化后表面呈多孔结构,基体炭的氧化速率大于炭纤维;随预氧化时间延长,C/C复合材料表面粗糙度增大,Si C涂层对基体材料的嵌入深度增加,涂层表面裂纹变窄。1 500℃高温氧化实验中,氧化21 h后,预氧化处理6 min和预氧化处理9 min制备的涂层试样的质量损失率分别为2.34%和1.89%;氧化26 h后,预氧化6 min的涂层表现出更好的抗氧化性能,质量损失率为4.11%。这2种试样在高温氧化21 h前涂层对基体均能产生较好的"钉扎效应",然而26h后,预氧化9min的涂层试样中层片状热解炭受热应力破坏,导致界面结合强度降低,涂层迅速失效。

中密度C/C复合材料表面制备SiCnw/SiC涂层

在中密度C/C复合材料基体上采用催化化学气相沉积方法生长碳化硅纳米线(SiCnw)及制备碳化硅纳米线/碳化硅(SiCnw/SiC)涂层,研究中密度C/C复合材料基体上加载催化剂后涂层沉积及其抗氧化性能,结果表明:中密度基体上催化制备SiCnw涂层,可改善沉积效率,同时可抑制裂纹扩展,明显改善SiC涂层在1200℃的氧化防护能力。另外,在1500℃的空气中氧化10h后,SiCnw/SiC涂层氧化质量损失率仅为1.34%,明显低于质量损失率为8.67%的单层SiC涂层。

掺加SiC晶须对B_4C-Al_2O_3复合材料性能的影响

B4C－ 20vol％ Al2O3和 B4C－ 30vol％ Al2O3两种材料分别掺加了 15vol％ (体积比 )的 SiC晶须 (SiCw)在 1850℃、 35MPa下热压烧结 40min。结果表明： SiCw的掺入，使复合材料的力学性能下降，特别是 B4C－ 30vol％ Al2O3材料的性能下降更为明显，弯曲强度和断裂韧性由原先的 389.5MPa和 5.76MPa· m1/2，分别下降到 293.4MPa和 4.11MPa· m1/2。通过分析找出了 SiCw对复合材料性能产生影响的原因。

2D—C／PyC／SiC复合材料结构与氧化关系研究

本文用（ａ）市售的Ｔ３００型碳纤维、（ｂ）热解炭增密碳纤维绳（ＰｙＣ）以及（ｃ）／ＰｙＣ／ＳｉＣ复合材料，三种材料作氧化试验（温度：５００〈Ｔ〈９００℃）。其目的是确定复合材料氧化速率最高的组合。用ＴＧＡ和ＴＥＡ研究复合材料微观结构氧化机理。根据实验得出ＰｙＣ材料中碳纤维氧化速率比热解炭涂层高，然而这种材料经过温度１６００℃退火处理后，二者氧化速率相似。在７００℃以上，无涂层的碳纤维氧化速率控制步骤取决于气氛在表面滞流边界层扩散速度。在７００℃以下，市售碳纤维（未退火处理）是以表面氧化和向气孔内扩散氧化混合方式进行的，而经过热处理的碳纤维则是单一的表面氧化方式。同时碳纤维的氧化具有选择性。从试样拆面上看，表面氧化较快，因这部分是气孔高密集区域。靠近热解炭（ＰｙＣ）涂层区域出现的高的气孔率。