基体炭对反应熔渗法制备的C/C-SiC复合材料性能的影响

以炭纤维针刺整体毡为预制体,分别采用化学气相渗透(chemical vapor infiltration,CVI)法、浸渍炭化(Impregnation and carbonization,I/C)法以及CVI与I/C相结合(CVI&I/C)的方法制备C/C坯体,坯体中的基体炭分别为热解炭,树脂炭,热解炭和树脂炭共存体,再通过反应熔渗硅(Reactive molten infiltration,RMI)获得C/C-SiC复合材料,对该材料的组织结构、力学性能和抗氧化性能进行研究。结果表明:C/C-SiC复合材料的相组成为SiC、C及残留Si相。I/C增密坯体的树脂炭更易与Si反应,因而形成的SiC量较多,CVI增密的坯体渗Si后SiC量较少而残留Si的量较多,材料的强度和韧性最低,分别为122.7 MPa和3.9 MPa.m1/2,但在1 200℃时其氧化性能优于用I/C增密的C/C坯体制备的材料的抗氧化性能。用CVI&I/C方法制备的C/C坯体,渗硅后的抗弯强度和断裂韧性最高,分别达到174.5 MPa和5.2 MPa.m1/2。

添加Al对MSI制备C/C-SiC复合材料组织和力学性能的影响

以聚丙烯腈(PAN)基炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)法制备炭纤维增强炭基体(C/C)的多孔坯体,采用熔融渗硅(MSI)法制备C/C-SiC复合材料,研究了渗剂中添加Al对复合材料组织结构和力学性能的影响。结果表明:C/C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及残留Si相。随着渗剂中Al量的增加,材料组成相中的Al相也增加而其它相减少;SiC主要分布在炭纤维周围,残留Si相分布在远离炭纤维处,而此处几乎不含Al;当渗剂中Al量由0增加到10%时,复合材料的抗弯强度由116.7 MPa增加到175.4 MPa,提高了50.3%,断裂韧性由5.8 MPa.m1/2增加到8.6 MPa.m1/2,提高了48.2%。Al相的存在使复合材料基体出现韧性断裂的特征。

C/C坯体对RMI C/C-SiC复合材料组织的影响

以PAN基炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)、浸渍炭化(IC)方法制备了不同炭纤维增强炭基体的多孔C/C坯体,采用反应熔渗(RMI)法制备C/C-SiC复合材料,研究了渗Si前后坯体的密度和组织结构。结果表明:不同C/C坯体反应溶渗硅后复合材料的物相组成为SiC相、C相及单质Si相;密度低的坯体熔融渗硅后密度增加较多;密度的增加与开口孔隙度并不是单调增加的关系,IC处理的坯体开口孔隙度低,但渗硅后复合材料的密度增加较多;IC坯体中分布分散的树脂C易与熔渗Si反应,CVI坯体中的热解C仅表层与熔渗Si反应,在Cf和SiC之间有热解C存在;坯体密度相同时,IC处理的坯体中SiC量较多,单质Si相含量少且分散较好,而CVI坯体中SiC量较少,单质Si相的量较多;制备方法相同时,高密度的C/C坯体,渗硅后C相较多。

碳化硼颗粒级配对硅反应结合碳化硼复合材料结构与性能的影响

本研究探讨了碳化硼原料颗粒尺寸对反应结合碳化硼复合材料相组成、结构与性能的影响。研究结果表明:颗粒级配可以使粉体堆积更加密实,有效提高压制坯体的体积密度,最终降低复合材料中游离Si的含量;加入粗颗粒可减缓B_(4)C与Si的反应,减少SiC相的生成;当原料中粒径为3.5、14、28、45μm的B_(4)C粉体按质量比为1.5:4:1.5:3配比时,所制备的复合材料维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性和体积密度分别为(29±5)GPa、(320±32)MPa、(3.9±0.2)MPa·m^(1/2)和2.51 g/cm^(3)。在制备复合材料过程中减缓B_(4)C与Si反应速度、减少游离Si的含量和缩小Si区域尺寸是其性能升高的主要原因。