不同抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料抛光表面粗糙度影响分析

为了研究在磁流变胶抛光中,抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料表面加工质量的影响规律,采用磁流变胶抛光方法,对材料表面进行抛光。研究磁极分布方式、加工间隙和磁极转速对材料表面形貌和表面粗糙度的影响规律。结果表明,磁极分布方式影响待加工表面的磁场分布强度,进而影响表面加工质量。随着加工间隙增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在加工间隙为2 mm处得到最优表面质量。随着磁极转速增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在磁极转速达到800 r/min时得到最优表面质量。

碳纤维预制体结构对CVI-GSI C/C-SiC复合材料微观结构与力学性能的影响

采用不同面密度和丝束大小的碳纤维布,通过不同z向缝合方式编织了两种碳布叠层结构的碳纤维预制体,再经化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)与气相渗硅法(gaseous silicon infiltration,GSI)联用制备了C/C-SiC复合材料。研究了碳纤维预制体结构对CVI-GSI C/C-SiC复合材料微观结构与力学性能的影响。结果表明,由纤维体积分数与C/C素坯密度都相同的预制体所制备的两种复合材料的密度、各相组成、结构与性能均大不相同。较小的碳纤维丝束(1K)和碳布面密度(92 g/m^(2)),以及锁式缝合留下的较大孔隙为GSI反应中Si蒸气的渗透提供了更加充足的通道,最终制备的T1复合材料孔隙率低、结构均匀、性能更高,其弯曲强度、模量和断裂韧度分别为300.97 MPa,51.75 GPa,11.32 MPa·m^(1/2)。初始预制体结构和C/C中间体结构的综合调控是CVI-GSI联用工艺制备高性能C/C-SiC复合材料的关键。

碳/碳-碳化硅复合材料在高超音速射流中性能研究

为了增强高超音速飞行器的热防护性能,采用轴棒法编制、化学气相渗透工艺制备碳/碳-碳化硅(C/C-SiC)复合材料试件,将试件置于高超音速射流进行烧蚀实验,测试试件的烧蚀率和力学性能;采用X射线衍射仪分析复合材料的相组成,采用扫描电镜观察试件的微观结构并分析烧蚀机理。结果表明:试件烧蚀前后的弯曲强度分别为92 MPa和84 MPa;层间剪切强度分别为10.6 MPa和9.1 MPa;线烧蚀率为0.0474 mm/s,质量烧蚀率为0.0383 g/s;复合材料中的碳纤维以热化学烧蚀为主,基体材料受热化学和机械剥蚀双重作用。复合材料中的SiC颗粒在高温下液化、沉积,提高了试件的烧蚀性能,复合材料总体表现出较好的力学性能和耐烧蚀性能。

火焰原子吸收光谱法测定铜-钛改性的碳/碳-碳化硅复合材料中高含量铜

铜-钛改性的碳/碳-碳化硅(C/C-SiC)复合材料的主要成分为铜钛碳硅,不易被常规方法溶解。采用在800~820℃先将样品灼烧20min以消除碳的干扰,再从瓷坩埚转于刚玉坩埚中碱熔,并加入盐酸和硝酸进一步溶解样品,建立了以2.0%盐酸为测定溶液介质、火焰原子吸收光谱法测定铜-钛改性的C/C-SiC复合材料中铜的方法。研究表明,铜浓度在2~12μg/mL范围内与吸光度呈良好的线性关系,线性回归方程为y=0.015 31+0.059 66x,线性相关系数R=0.999 4,方法检出限为0.011 2μg/mL。采用方法对铜-钛改性的C/C-SiC复合材料自制样品FL-2和内控样品C6分别进行测定,结果与参考值或碘量法基本一致,相对标准偏差(RSD,n=6或12)分别为0.39%和1.1%。

液态聚碳硅烷制备C/C-SiC复合材料抗烧蚀性能研究

采用液态聚碳硅烷(Liquid polycarbosilane,LPCS)为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解(Precursor infiltration and pyrolysis,PIP)工艺,制备了C/C-SiC复合材料。LPCS先驱体的裂解行为采用热重分析(Thermogravimetry analysis,TGA)表征,高温裂解产物的相组成、微观形貌等通过X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)表征。结果表明,LPCS先驱体裂解形成SiC陶瓷,其980℃陶瓷产率为81.3%,可作为PIP工艺制备复合材料的新型先驱体材料;2200℃、600 s氧乙炔试验烧蚀后,LPCS先驱体制备的C/C-SiC复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.005 mm/s和0.0019 g/s,表现出良好的抗烧蚀性能;SiC陶瓷基体烧蚀过程中氧化形成致密连续的SiO_(2)障碍层,能够隔离氧气和热量,阻止其向复合材料内部进一步扩散,可有效地提升复合材料的烧蚀性能。

添加树脂碳对针刺C/C-SiC材料熔渗行为及性能的影响

以2.5D无纬布/网胎叠层针刺预制体为增强体,采用化学气相渗透和树脂浸渍裂解法制备了密度约1.35 g/cm 3的热解碳C/C、热解碳+树脂碳C/C两种坯体,再经反应熔渗获得C/C-SiC复合材料,分析了不同碳基体组分C/C材料的熔渗特性及其微结构、拉伸性能及氧乙炔烧蚀性能的变化规律。结果表明:相比热解碳的“薄壳”型孔隙结构,树脂碳的“狭缝”型孔结构增大了液Si与碳基体的接触面积,提高了熔渗动力,获得致密度和SiC含量高的C/C-SiC复合材料,提升抗烧蚀性能,在氧乙炔火焰下经400~600 s烧蚀的线烧蚀率降低24%,但树脂碳对液Si的诱导渗透增加了骨架承载体的损伤,使树脂碳+热解碳基C/C-SiC复合材料室温拉伸强度(104±3)MPa低于热解碳基C/C-SiC的(118±3)MPa。

碳/碳-碳化硅复合材料制备及性能研究

为了提高航母舰载机燃气导流板的性能,对碳/碳-碳化硅(C/C-SiC)复合材料开展制备和性能研究。采用轴棒法编制预制体,采用化学气相渗透工艺制备试件。将试件在舰载机的尾流中做模拟起飞工况的飞行试验。采用电子天平和千分尺测量试件的烧蚀率,采用能谱分析测量燃烧产物的成份,采用扫描电镜观察试件烧蚀后的微观形貌的变化,并对试件的烧蚀机理进行分析。结果表明:试件的质量烧蚀率为0.0405 g/s,线烧蚀率为0.0488 mm/s;试件中SiC在高温下反应生成的SiO2在碳纤维的周围沉积,形成了包鞘结构,有效地阻滞了氧化反应向内部继续传递,从而降低了试件的烧蚀率,材料总体表现出优异的抗烧蚀性能。

碳/碳化硅复合材料摩擦磨损性能分析

采用化学气相渗透法制备了碳纤维增强碳化硅(C/C SiC)陶瓷基复合材料,得到不同密度和组分含量的C/C SiC刹车盘试样。对C/C SiC复合材料进行了摩擦磨损性能测试,平均摩擦系数达到 0 23,摩擦稳定性达到0 43,线性磨损率为 9 3μm/次·面,质量磨损率为 2 6mg/次·面。当C/C SiC复合材料的密度增大 (1 6g·cm-3→2 2g·cm-3 ),碳含量增大(35%→55% ),摩擦系数和稳定性提高(约 70% ),且摩擦系数随制动次数增加的波动幅度减小;SiC含量升高则反之。C/C SiC复合材料经过多次刹停测试,摩擦系数对制动次数不敏感,表现出良好的摩擦稳定性。经过连续刹车试验,摩擦系数不随表面的起始和最终温度升高而衰退,材料尚无热衰竭趋势。对C/C SiC刹车盘试样的磨损表面形貌及缺陷进行了观察,发现表面磨损质量在航标允许范围内。

基体改性对碳纤维增韧碳化硅复合材料结构与性能的影响

采用化学气相浸渗法对2DC/SiC复合材料进行基体改性,制备了二维碳纤维增韧碳–碳化硅二元基复合材料(twodimensionalcarbonfiberreinforcedC–SiCbinarymatrixcomposites,2DC/C–SiC)。2DC/C–SiC复合材料的基体为热解碳和碳化硅交替叠层的多层基体。研究了2DC/C–SiC复合材料的微观结构,比较了2DC/SiC复合材料和2DC/C–SiC复合材料的力学性能及断口形貌。结果表明:2DC/C–SiC复合材料可在基本保持2DC/SiC复合材料抗弯强度的基础上,其断裂韧性得到显著提高。基体改性的效果明显。纤维的逐级拔出是断裂韧性提高的原因。

碳/碳-碳化硅复合材料在再入飞行环境中性能研究

为了研究碳/碳-碳化硅复合材料在再入飞行环境中的性能,采用化学气相渗透的方法制备碳/碳-碳化硅复合材料试件,将试件置于再入模拟环境中进行飞行试验,测量试验台热等离子体射流场的工作参数,并分析碳/碳-碳化硅复合材料的性能。结果表明,在等离子体发生器的出口处,射流场的热动力学参数呈抛物线分布;复合材料在不同区域的烧蚀形貌有很大的差异,烧蚀率和烧蚀机理不同:驻点区以气化反应消耗为主,其线烧蚀率为0.0373 mm/s,质量烧蚀率为0.0363 g/s,其他区域为氧化反应和裂解共同作用的结果,其烧蚀率逐渐降低。

粒子侵蚀对碳/碳-碳化硅复合材料烧蚀性能的影响

为研究碳/碳-碳化硅复合材料(C/C-SiC)的抗机械侵蚀性能,将C/C-SiC复合材料试件置于含粒子的射流中做粒子侵蚀试验,测定试件在不同工况下的侵蚀率;对试件侵蚀后的表面和内部的微观形貌分别采用扫描电镜(SEM)和微CT进行观察,并分析损耗机理。结果表明:复合材料在含粒子时的线侵蚀率是不含粒子时的烧蚀率的2.24倍,含粒子的质量侵蚀率是不含粒子的烧蚀率的1.8倍,粒子侵蚀对试件的消耗起到了决定性的作用;复合材料在机械侵蚀作用下发生脆性破坏。

多孔碳-碳化硅复合材料的制备及其在汽车水泵水封中的应用(Ⅰ)

汽车水泵机械密封因其恶劣的使用条件而引入多孔碳-碳化硅复合材料,并将其作为摩擦副的动静环。详细论述了多孔碳-碳化硅复合材料的制备工艺,得出多孔剂的引入与适宜的烧成制度是制备工艺的关键的结论;还对水封对多孔碳-碳化硅材料的要求与使用效果作了阐述,并展望了水封技术今后的发展方向。

反应熔渗法制备C/C-SiC复合材料及其反应机理和动力学的研究进展

对反应熔渗法制备C/C SiC复合材料过程中Si的渗入行为以及Si/C的反应机理和动力学进行了综合评述。分析了高温下Si的密度、粘度、表面张力及Si/C润湿角对渗入能力的影响。概括了Washburn公式及其改进模型在液Si渗入行为方面的研究进展,给出了渗入时间、SiC生成速率与渗入高度之间的关系。对控制Si/C反应的溶解沉淀机理和扩散机理进行了阐述,总结分析得出:不同阶段Si/C反应发生的区域不同,因而控制反应的机理也不同。最终的SiC相是由不同反应机理共同作用形成的。

短切碳纤维含量对C_(sf)/SiC复合材料力学性能的影响

以Si作为主要烧结助剂,采用热压烧结法制备了短切碳纤维-碳化硅(short carbon fiber reinforced SiC composite,Csf/SiC)复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜、硬度仪以及力学性能试验机等,研究了Csf含量对所制备材料的结构、组成、形貌及复合材料的弯曲强度、Vickers硬度和断裂韧性的影响。结果表明:采用热压法能制备出致密且Csf分布均匀的Csf/SiC复合材料。Csf/SiC复合材料的弯曲强度随Csf含量增加先增大后减小,含15%(体积分数,下同)Csf的Csf/SiC样品强度最高,达到466MPa,并且Csf含量小于30%的Csf/SiC样品强度高于无纤维SiC材料。材料的Vickers硬度随Csf含量增加而降低。Csf/SiC样品的断裂韧性随Csf含量增加而逐渐增大,Csf含量为53%时,达到最大为5.5MPa.m1/2,与无纤维SiC样品相比,增加近2倍。

刹车速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

对反应熔体渗透工艺制备的C/C-SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上进行了模拟飞机制动刹车实验,重点研究了C/C-SiC复合材料在不同刹车速度下的摩擦磨损性能。研究表明:随着刹车速度的增加,C/C-SiC复合材料的摩擦系数先少许增加然后再减小,在10m/s时达到最大值0.52。磨损率在低速时保持较低的数值,随着刹车速度的增加呈线性增加,但仍小于C/C复合材料的磨损率,表明C/C-SiC复合材料具有优良的耐磨损性能。当刹车速度超过20m/s时,由于能载水平较高,摩擦表面出现犁沟现象并形成大量球状磨屑,摩擦系数急剧减小。

先驱体浸渗裂解法制备C/C-SiC复合材料的烧蚀性能(英文)

用先驱体浸渗裂解法制备了碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carbon,C/C)-SiC复合材料,用H2-O2火焰法检测其烧蚀性能。结果表明:C/C-SiC复合材料的烧蚀率随复合材料中的Si含量的增加而呈下降趋势;经过5次浸渍,C/C-SiC复合材料的密度从1.46 g/cm3增加到1.75 g/cm3,Si含量从5.06%增加到13.8%,线烧蚀率和质量烧蚀率分别下降474%和34.5%。密度为1.75 g/cm3的C/C–SiC复合材料,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为2.22μm/s和1.289 mg/s,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为密度1.78 g/cm3的C/C复合材料的21.7%和78.6%。基体中SiC的引入明显提高了C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能。

毡基和碳布叠层C/C复合材料的高温力学及抗氧化性能比较

借助三点弯曲、氧化试验和扫描电镜观察,对毡基C/C复合材料的抗氧化性能和高温1973K下的力学性能进行了研究,并和2DC/C复合材料的相应性能作了对比。结果表明:虽然毡基C/C复合材料和2DC/C复合材料的高温力学性能均优于室温力学性能,但毡基C/C复合材料主要以纤维断裂的形式发生弯曲破坏,而2DC/C复合材料主要以基体的层间开裂发生弯曲破坏,所以毡基C/C的弯曲强度、模量较高;另外,毡基C/C复合材料的整体结构可有效抵御热应力开裂,表现为高温条件下具有较强的抗氧化性能。

料浆对熔渗工艺制备碳纤维织物增强碳化硅复合材料的影响

针对航空发动机热端部件复杂结构存在的陶瓷基复合材料成型难度大的问题,以碳纤维织物为增强体,以有无添加粉体的两种树脂料浆为研究对象,开展料浆-熔渗工艺制备碳纤维织物增强碳化硅复合材料技术研究,探索两种料浆的注浆成型及熔渗工艺适应性,并对获得的复合材料基本性能进行表征。结果显示:有无添加粉体的两种料浆的黏度适中,在注浆工艺温度下具有3~5 h以上的注浆工艺窗口,通过注浆成型工艺均可获得少孔隙、质量均匀的树脂基复合材料;无粉体和有粉体的料桨固化物在900℃炭化后,孔隙率分别为39.6%和31.3%,残炭率分别为24%和76%,平均孔径分别为0.068μm和0.069μm,能够满足熔渗工艺的要求;采用添加粉体的料浆制备的碳纤维织物增强碳化硅复合材料具有更低的气孔率(3.54%)和更高的弯曲强度(162 MPa),满足航空发动机静止部件的应用要求。

碳／碳复合材料表面沉积SiC的形态和成分

在ＰＡＮ碳布和沥青基体碳的Ｃ／Ｃ复合材料表面涂复了ＳｉＣ。用ＣＨ４和Ｎ，为载气的ＳｉＣｌ４作原料，用Ｈ２为稀释气，在两种气体混合比和三种温度下化学气相沉积ＳｉＣ涂层。分析表明，涂层的主要元素有Ｃ，Ｓｉ、Ｃｌ和微量Ｃａ。电镜观察表明，涂层中Ｃ原子含量为６２％时呈菜花状或云团状，而当Ｃ／Ｓｉ比接近于１时，表面呈菠萝状。

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。