多孔碳陶瓷化改进反应熔渗法制备陶瓷基复合材料研究进展

连续纤维增强陶瓷基复合材料具有高强韧、耐氧化的特性,现已成为航空航天领域重要的高温结构候选材料。反应熔渗法可实现陶瓷基复合材料的大规模、短周期和低成本制备,是目前最具有商业化前景的技术之一。然而,传统反应熔渗法制得陶瓷基复合材料存在着基体碳残留、纤维刻蚀等问题,导致材料力学与氧化-烧蚀性能不佳。为突破传统碳基体陶瓷化程度低的局限性,相关研究人员采用碳基体孔结构构筑方法,通过多孔碳基体取代传统熔渗预制体中致密碳基体,以促进碳基体的陶瓷化转变及反应熔体的消耗,进而实现陶瓷基复合材料的性能优化。本综述介绍了采用多孔碳陶瓷化策略制备SiC陶瓷、SiC/SiC复合材料、C/SiC复合材料及超高温陶瓷基复合材料的相关研究进展,并且通过与传统反应熔渗法对比,验证了多孔碳陶瓷化策略的优势,同时总结了相关多孔碳基体制备方法的发展演变过程,最后针对先进陶瓷基复合材料的基础理论与工艺技术需求,对多孔碳陶瓷化改进反应熔渗法的未来发展方向进行了展望。

再生细骨料对高延性水泥基复合材料力学性能及碳化耐久性的影响

为促进再生细骨料(RFA)在高延性水泥基复合材料(HDCC)中的应用,研究了RFA取代率(0%、25%、50%、75%、100%,质量分数)对HDCC抗压强度、拉伸性能、四点弯曲强度和碳化耐久性的影响。结果表明,随着RFA取代率提高,HDCC的抗压强度逐渐下降,但拉伸性能与弯曲强度显著提高。100%RFA取代率下HDCC峰值应变为3.06%,弯曲强度为7.9 MPa,较天然细骨料HDCC分别提升了31.33%和11.27%,表现出良好的延展特性。当RFA取代率高于50%时,有助于提高HDCC的碳化耐久性。基于测试结果进行拟合,建立了关于RFA取代率的HDCC碳化深度预测模型。

三维碳化硅/碳化硅陶瓷基编织体复合材料

采用化学气相浸渗法（ＣＶＩ），制备出三维Ｈｉ－ＮｉｃａｌｏｎＳｉＣ／ＳｉＣ陶瓷基编织体复合材料．经３０ｈ ＣＶＩ致密化处理后，复合材料的密度达到 ２５９·ｃｍ－３，所研制的三维 ＳｉＣ／ＳｉＣ复合材料不仅具有较高的强度，而且表现出优异的韧性和类似金属材料非灾难性的断裂特征．复合材料的主要力学性能指标为：弯曲强度 ８６０ＭＰａ，断裂位移 １．２ｍｍ，断裂韧性４１．５ＭＰａ·ｍ１／２，断裂功２８．１ｋＪ·ｍ－２，冲击韧性３６．０ｋＪ·ｍ－２．

缠绕型碳纳米管增强陶瓷基复合材料的有效刚度和应力分析

以直线型、余弦波型和缠绕型空心碳纳米管增强陶瓷基复合材料的三维特征体积单元模型为研究对象,利用满足精确周期性边界条件的均质化法计算该模型的有效弹性模量和局部应力,分析碳纳米管的几何形状、尺寸和力学特性对碳纳米管复合材料力学性能的影响,并与经典混合法则、Halpin-Tsai法及其他数值模拟的结果进行对比.结果表明:碳纳米管的几何缠绕特性对横向变形有较好的限制作用;缠绕型复合材料的力学性能呈曲线变化,比直线型和余弦波型碳纳米管复合材料更容易受几何特性的影响:缠绕型碳纳米管的最大轴向应力和最大等效应力随碳纳米管外径的增大而增大,但碳纳米管的各向异性会降低碳纳米管的最大应力,导致缠绕型碳纳米管复合材料传递应力的能力减弱;双尺度均质化法和有限元法结合能有效反映力学性能的变化特征,是分析具有复杂微观结构力学性能的有效方法.

连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料研究

采用化学气相浸渗法制造了连续碳纤维和碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料 ,并对复合材料的显微结构和力学性能进行了研究 .C/SiC和SiC/SiC复合材料的密度分别为 2 .1g/cm3和 2 .5 g/cm3,在断裂过程中表现出明显的非线形和非灾难性的断裂行为和规律 .C/SiC和SiC/SiC弯曲强度分别为 45 0MPa和 860MPa ,从室温至 160 0℃强度不发生降低 ;断裂韧性为 2 0MPa·m1 / 2 和 41.5MPa·m1 / 2 ,断裂功为 10kJ·m- 2 和 2 8.1kJ·m- 2 ,冲击韧性为 62 .0kJ·m- 2 和 3 6.0kJ·m- 2 .C/SiC和SiC/SiC复合材料具有优异的抗热震性能 ,经 13 0 0℃ 3 0 0℃ ,5 0次热震后 ,强度保持率高达 96.4% ,热震不是材料性能损伤的控制因素 .而SiC/SiC复合材料优异的抗氧化性能 ,对温度梯度不敏感 .

碳纤维增强Si-C-N陶瓷基复合材料的氧化行为

采用化学气相浸渗(chemical vapor infiltration,CVI)法制备了以热解碳为界面的碳纤维增强碳氮化硅陶瓷基(carbon fiber reinforced silicon carbonitride ceramic,C/Si-C-N)复合材料。用热重法研究了无涂层C/Si-C-N在空气环境中的氧化行为。研究表明:由950℃CVI沉积的Si-C-N基体所制备的C/Si-C-N复合材料的氧化行为与碳纤维增强SiC陶瓷基(carbon fiber reinforced silicon carbide ceramic,C/SiC)复合材料的完全不同。在600～1200℃,C/Si-C-N的氧化速率随温度的升高而持续增加,其抗氧化能力在600℃明显高于C/SiC复合材料;在900℃,抗氧化能力与C/SiC复合材料基本相当;在1200℃,抗氧化能力则低于C/SiC复合材料。C/Si-C-N复合材料所表现出来的氧化行为主要与Si-C-N基体较低的热膨胀系数有关。

先驱体转化法制备低成本碳纤维增强陶瓷基复合材料研究

综述了影响碳纤维增强陶瓷基复合材料成本的主要因素 ,比较了采用不同先驱体原料和制备工艺制备的陶瓷基复合材料的制备周期、成本及性能 ,为先驱体转化制备低成本陶瓷基复合材料提供一些参考。

碳纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)防氧化研究进展

CFRCMCs 具有高比强度、高比模量、低密度、耐腐蚀等优良特性,其致命弱点是在有氧环境中,一旦温度超过370℃碳纤维将被氧化掉,因此解决 CFRCMCs 的防氧化问题一直是人们研究的热点。解决 CFRCMCs 防氧化的最有效措施是对复合材料施加整体涂层。本文对 CFRCMCs 防氧化涂层的研究进展作一综述,总结了典型的涂层体系并对防氧化涂层的发展作了展望。

碳纤维增强陶瓷基复合材料抗氧化涂层研究进展

对碳纤维增强陶瓷材料抗氧化涂层的要求、组成与制备工艺以及最近抗氧化涂层体系的发展做了综述 ,并且对今后抗氧化涂层的发展作了一些展望。

连续碳纤维增强陶瓷基复合材料的氧化行为和氧化防护研究

通过叙述C/C和C/SiC两种复合材料的氧化特点分析了碳纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)的氧化行为,分别从纤维、基体、界面层及外表面4个方面综述了碳纤维改性、基体抗氧化技术、界面层抗氧化技术和表面涂层技术4种CFRCMCs的抗氧化技术,分析了4类抗氧化技术的原理和特点。

提高短切碳纤维对陶瓷基复合材料TiC-TiB_2强韧化的研究

对采用SHS/PHIP技术制备的Cf/TiC-TiB2陶瓷基复合材料中存在短切碳纤维损伤严重,补强增韧效果不明显的原因进行分析研究。研究发现:在B4C+3Ti+Cf体系的SHS反应过程中,由于反应温度太高,使短切碳纤维表面的碳原子与钛粉之间发生化学反应,造成短切碳纤维表面的化学损伤,影响短切碳纤维的性能,进而影响其补强增韧的效果。在SHS反应过程中,防止或减少短切碳纤维化学损伤的主要途径就是添加稀释剂来降低反应温度。在B4C+3Ti+xCf TiC+2TiB2+xCf体系中,通过向反应物中添加稀释剂镍可以有效地防止或减少短切碳纤维的化学损伤,改善各相之间的接触状况,提高各相之间的界面强度,提高短切碳纤维补强增韧的效果。

碳纤维增韧增强氮化硅陶瓷基复合材料力学性能的数值模拟

斟于基体平均应力法以及等效夹杂法,提出了种求连续相材料的应力和应变T anakke-Mori Eshelby 1的近似理论,由此可精确评估两相和相复合材料的力学性能。本文利用计算机模拟对碳纤维增韧的氮化硅复3合材料(Cf/Si3N4的弹性模量、剪切模量和泊松比进行理论计算,从其内部微观结构出发,探讨了不同相含)量、气孔的含量以及形状等对复合材料学性能的影响。

碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展

为满足高推重比航空发动机在长时热力氧化环境下的使用需求和航空发动机关键热结构部件的隐身需求,碳化硅陶瓷基复合材料正朝着自愈合抗氧化、兼具承载和吸波性能的结构吸波一体化发展。本文分别介绍了碳化硅陶瓷基复合材料在强韧化、自愈合抗氧化、电磁波吸收三方面的设计原则,综述了在这三方面的研究现状。一种材料同时具有高强度高韧性、自愈合抗氧化和吸收电磁波三方面的性质将是结构功能一体化CMC-SiC未来发展的大趋势。

碳纤维增强陶瓷基复合材料抗氧化技术研究

碳纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)具有良好的高温力学性能和热性能,是航空航天领域非常理想的热结构材料.但CFRCMCs中的碳纤维极易发生氧化,因此CFRCMCs的氧化防护问题一直是CFRCMCs研究的热点.文章对碳纤维改性、基体抗氧化技术、界面层抗氧化技术和表面涂层技术这四种CFRCMCs的抗氧化技术及其原理进行了评述,分析了各类抗氧化技术的特点并对其发展趋势进行了展望.

三维碳化硅纳米线增强碳化硅陶瓷基复合材料的电磁屏蔽性能

碳化硅纳米线具有优异的电磁吸收性能,三维网络结构可以更好地使电磁波在空间内被多次反射和吸收。通过抽滤的方法制备得到体积分数20%交错排列的碳化硅纳米线网络预制体。然后采用化学气相渗透工艺制备热解炭界面和碳化硅基体,并通过化学气相渗透和前驱体浸渍热解工艺得到致密的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料。甲烷和三氯甲基硅烷分别是热解炭和碳化硅的前驱体,随着热解碳质量分数从21.3%增加到29.5%,多孔SiCNWs预制体电磁屏蔽效率均值在8~12GHz(X)波段从9.2d B增加到64.1d B。质量增重13%的热解碳界面修饰的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在X波段平均电磁屏蔽效率达到37.8 d B电磁屏蔽性能。结果显示,SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在新一代军事电磁屏蔽材料中具有潜在应用前景。

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究

使用ＣＶＤ技术提高纤维增强陶瓷基复合材料的密度是很困难的，因为它很难使反应气体完全渗入到基体里面。这是由于“瓶颈”效应所致，即ＣＶＤ过程阻塞了基体表面的小气孔，进而封闭了通向大气孔的入口。为此，提出一种新的方法位控ＣＶＤ（ＰＣＣＶＤ），来克服上述困难。通过控制反应气体通道位置和试样的加热位置，从而达到控制沉积位置，使沉积界面始终处于开孔状态。使用ＰＣＣＶＤ技术制造的Ｃ／ＳｉＣ复合材料，实际密度可达其理论密度的９６％。

碳化硅纤维毡增强陶瓷基复合材料的制备与性能

陶瓷基复合材料具有高强高模、高温抗氧化和耐化学稳定性等特点,是新一代先进复合材料的研究热点之一。介绍了以聚碳硅烷不熔化纤维为原料制备碳化硅纤维毡的方法和陶瓷基复合材料的制备工艺;阐述了陶瓷基复合材料的性能测试方法,并分析了气孔率对陶瓷基复合材料力学性能的影响。

C/SiC陶瓷基复合材料研究与应用现状

碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高强度、耐高温、耐磨等综合性能,已成为重要的热结构材料体系之一,目前已成功应用于航空发动机热结构部件、飞行器热防护系统、制动系统以及核结构部件等。本文主要综述了C/SiC陶瓷基复合材料在制备方法和应用领域的研究进展,介绍了一系列具有代表性的C/SiC复合材料的制备方法,重点关注多种制备方法相结合的混合工艺,概述了C/SiC复合材料在航空航天热结构和热防护、刹车材料、空间相机结构等领域的应用,展望了更优异的混合制备工艺以及针对不同应用要求的复合材料新体系,以便为今后C/SiC陶瓷基复合材料的进一步研究提供参考。

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用

介绍了碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的组成、界面及强韧化机制、制备工艺进展及其应用,并分析了各种制备工艺的优缺点以及未来的研究重点。

化学气相渗透工艺制备陶瓷基复合材料

综述了采用化学气相渗透(chemical vaporinfiltration,CVI)工艺制备陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMCs)的模拟与可视化、柔性与鲁棒性以及强韧性控制与设计等研究的进展和趋势.陶瓷基复合材料气相制造过程模拟涉及气体传输、反应热力学与动力学、预制体的孔隙结构建模等理论,是一个典型的多尺度和多物理场问题.运用量子化学、化学热力学、微观动力学、有限元、水平集和人工智能等方法,实现了复合材料致密化过程的模拟和成分分析,更加精准地反映了气体在多孔预制体中的各向异性传输和沉积过程,为工艺优化提供更准确的控制参数.CVI工艺制备陶瓷基复合材料具有柔性与鲁棒性等工艺特性,包括应用广泛性,可控制、可调整与可设计性,可连接与可组装性,可纠错、可修复与可兼容性等诸多特性,适用于陶瓷基复合材料微结构的调控,是陶瓷基复合材料领域最先进的基础制造方法.陶瓷基复合材料的强韧性一直是其发展中的核心问题,增强体纤维、基体及二者界面之间的模量匹配,以及热残余应力和纤维基体体积分数等参数的设计与控制是这个核心问题的关键.通过合理控制与设计这些参数,可以实现陶瓷基复合材料的强韧化控制与设计,从而适应不同使用环境条件的需求.