3D打印与仿生学融合:仿竹结构的碳纤维增强碳化硅复合材料

随着航空航天等领域对材料性能要求的日益提高,陶瓷基复合材料(CMCs)因其卓越的高温稳定性和优异的力学性能而备受关注。然而,CMCs在机械性能与电磁波吸收(EWA)性能之间的平衡一直是一个技术难题。近期,西安交通大学的科研团队在《材料科学与技术杂志(Journal of Materials Science&Technology)》上发表了一篇关于仿竹结构的连续碳纤维增强SiC(Cf/SiC)复合材料的研究成果,为CMCs的应用提供了新的思路。

SiC微粉含量对先驱体转化制备碳纤维布增强碳化硅复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备了碳纤维布增强碳化硅复合材料,考察了SiC微粉含量对材料结构与性能的影响。实验表明,SiC微粉含量过低,材料内部存在大的孔洞,容易造成应力集中,导致材料的力学性能较差;而当SiC微粉含量较高时,在制备过程中微粉对碳纤维机械损伤加大,同样导致材料力学性能下降。当SiC微粉含量为30%(质量分数)时,所制备的材料的力学性能较好,其弯曲强度和拉伸强度分别为246.4MPa和72.5MPa。

碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展

对碳化硅纤维(SiC_f)增强陶瓷基复合材料(CMCs)的研究现状与进展作了较系统的论述。讨论了SiC_f增强CMCs的界面层作用,热膨胀系数不匹配对材料的影响,高温抗蠕变抗疲劳性能以及抗氧化性能等。最后指出了SiC_f增强CMCs作为高温结构陶瓷材料的研究方向以及尚等解决的问题。

连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用

本研究通过对国外连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的分析,结合航空发动机设计对于复合材料构件的使用要求,从发动机材料工程化应用的角度,提出国内连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料研究中还需要解决的问题,并且提出相应的建议。

单向碳纤维增强碳化硅基复合材料的拉伸试验

采用手工精细加工板状双哑铃拉伸试件 ,并配以恰当的加强块 ,避免了因试件较短和加工等引起的夹持段压坏、从夹持段拔出及试件在试验段根部破坏等问题 ,成功地实施了短试件 (热压法制备的单向碳纤维增强碳化硅基体复合材料 )的拉伸试验 .显微实时观察表明 ,由于界面强度非常弱 ,试件中首先出现因界面破坏而形成的沿纤维方向的裂纹 ,随着载荷的增加 ,裂纹数量迅速增多且裂纹均平行于纤维方向 ,最终 ,这些平行裂纹横向连接使试件被拉断 .因此 。

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展

纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、抗氧化、机械性能良好的优点,在航空航天、机械汽车、化工制造等领域有着良好的应用前景。本文介绍了该复合材料在基体、增强纤维和制备方法方面的研究进展,以便更好地了解目前国内外的研究热点。

碳化硅纤维增强铝基复合材料截锥壳外压强度试验研究

本文对新研制的碳化硅纤维增强铝基复合材料截锥壳结构的外压强度性能及应力分布进行了研究,分析了试验件的破坏形式。通过试验考核了复合材料的工艺、设计的合理性以及结构的可靠性。把截锥壳化成当量圆筒,用理论公式进行了强度和应力分布计算,其计算结果与试验结果基本一致。

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。

碳化硅增强铝基复合材料连接技术研究进展

综述了SiC增强铝基复合材料(包括SiCp/AlMMC和SiCw/AlMMC)连接技术的研究现状,分析了连接中存在的问题。简单介绍了用于该复合材料连接的传统焊接方法,如熔化焊、固相连接、钎焊等。重点介绍了SiC颗粒及SiC纤维增强铝基复合材料的一些新型连接技术,并展望了SiC增强铝基复合材料连接技术的发展方向。

纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的界面区研究

在连续纤维增强陶瓷基复合材料中,界面调节脆性基体与脆性纤维之间匹配关系的功能以及自身特有的物理化学性质,决定着复合材料的整体综合效能。本研究从实践中发现界面区的存在,并尝试提出界面区的概念。界面区是具有一定厚度,含有两处界面(界面相/基体和界面相/纤维)和体相(界面相)的区域。采用透射电子显微技术从微结构的角度研究了3DC/SiC内界面区与裂纹的相互作用行为。TEM观察表明,由于裂纹偏斜/贯穿竞争随时空的推演,基体主裂纹会在界面区的多处位置产生单多重偏斜、裂纹尖端前方应力集中诱发脱粘和开裂、纳米尺度微裂纹桥连等相互作用,其发生的具体部位和方式由界面区内各种相关界面(或断裂)韧性共同决定。此外,结合影响因素的讨论,初步建立起3DC/SiC内基体裂纹与界面区相互作用的物理模型。

碳纤维增强碳化硅基复合材料的研究

碳纤维增强碳化硅基复合材料(Cf/SiC)具有良好的力学性能,作为特殊结构的功能材料,是航空航天领域和新能源领域的研究热点之一。本文主要阐述了增强相碳纤维的发展,复合材料的基体复合技术,以及复合材料界面相的研究,并展望了碳纤维复合材料在高新技术领域中的应用与发展前景。

自加热化学气相法制备连续碳纤维增强碳化硅复合材料

通过自加热化学气相渗积法制备了 Cf/ Si C复合材料 ,对其力学性能进行了测试与分析 ,运用 SEM对复合材料显微结构和断口形貌进行了分析。研究表明 :自加热化学气相渗积法具有较快的渗积速率 ;气体流量的适度增加可改善复合材料的性能 ;碳涂层的厚度对复合材料的力学性能有较大的影响 ,适合的涂层厚度在 0 .35～ 0 .5

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％。

裂解碳涂层对碳纤维增强碳化硅复合材料力学性能的影响

采用先驱体裂解 热压烧结方法制备出Cf/SiC复合材料。探讨了裂解碳涂层和烧结温度对复合材料纤维 /基体界面和力学性能影响。烧结温度为 180 0℃时 ,由于其中由富碳界面相构成的纤维 /基体界面相使纤维 /基体界面结合适中 ,具有较好的力学性能。

碳化硅纤维增强的金属基和陶瓷基复合材料

介绍了碳化硅纤维及其增强的铝、钛、镁和铜等金属基复合材料的研制与应用。在概括了陶瓷材料的优点和存在的问题之后，介绍了碳化硅纤维增强的几种陶瓷基复合材料的组成、制备和性能。

碳化硅纤维增强铝基复合材料的界面组织研究

本文利用透射电子显微术（ＴＥＭ）和微区能谱分析（ＥＤＸ）对化学气相沉积碳化硅纤维增强ＬＤ２铝合金的界面结构进行了研究，并对显微组织与性能的关系进行了讨论。结果发现，用热压扩散工艺生产的ＳｉＣ／Ａｌ复合材料，其基体与ＳｉＣ纤维结合良好。界面处有棒状相Ａｌ＿４Ｃ＿３生成（该相是菱形结构，对纤维强度有较大破坏作用），且存在镁元素富集。

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。

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。

碳化硅纤维单向增强铝复合材料高温性能的研究

用日本纺丝法制得的碳化硅纤维和国产纯铝箔为原料,采用真空液相压渗法制成单向增强的、纤维体积分数为17%和32%的SiC-Al复合材料。研究了这种复合材料在空气中的高温拉伸强度和高温暴露后的拉伸强度。复合材料的高温拉伸强度可保持到400℃。在500℃时才显著下降。460℃高温暴露直到100h,其强度不下降。 SiC-Al复合材料在500℃强度下降的原因可能是由于纤维与基体界面结合力降低引起载荷传递效率减少所致。高温暴露100h后强度下降可能是由于碳化硅纤维强度降低、基体晶粒粗化和纤维基体间界面结合减弱所致。

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。