连续SiC(Al)纤维的耐超高温性能及其机理

以有机金属聚合物聚铝碳硅烷为原料,利用先驱体转化法制备出连续SiC(Al)纤维.采用一系列分析测试对纤维的组成、结构以及耐超高温性能进行了表征,通过与Nicalon纤维的比较,对连续SiC(Al)纤维的耐超高温机理进行了研究.结果表明,连续SiC(Al)纤维具有优异的耐超高温性能,在1800℃氩气中处理1h后,纤维的强度保留率为80%左右;元素分析和27AlMAS核磁共振等分析表明,连续SiC(Al)纤维为近化学计量比的SiC纤维,纤维中微量的铝元素以Al—O和Al—C键两种形式存在;在超高温条件下,两种不同存在形式的铝均能够抑制纤维中晶粒的长大.纤维具有近化学计量比的组成和铝元素在高温条件下对于晶粒长大的抑制,是连续SiC(Al)纤维具有优异耐超高温性能的原因.

连续SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料力学性能研究

采用箔—纤维—箔方法制备了连续SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料(SiC_f/Ti_3Al),测定了两种SiC纤维增强Ti_3Al基复合材料的力学性能,分析了热处理工艺对复合材料力学性能的影响,讨论了复合材料在不同条件下的断裂机制研究表明,国产SiC纤维(无碳涂层)增强Ti_3Al复合材料的界面结合强度高于有碳涂层纤维增强的复合材料,力学性能却低于SCS-6纤维(有碳涂层)增强的复合材料。当热处理时间延长时,SCS-6/Ti_3Al复合材料界面反应层厚度增加,复合材料的力学性能下降。

连续SiC纤维表面铂涂层的制备及抗氧化性研究

采用金属有机化合物化学气相沉积法(MOCVD)在连续SiC纤维表面沉积了约0.8μm厚的Pt涂层,用扫描电镜对涂层的形貌进行观察,用EDS能谱和XRD对涂层的成分进行了分析,并对沉积涂层后的纤维在不同温度和时间下的抗氧化性能进行了测试。结果表明,制备得到的铂涂层光滑致密,与纤维结合牢固,有效弥补了纤维表面缺陷;对沉积涂层后的纤维进行力学表征和抗氧化测试,发现铂涂层不仅增加了SiC纤维的抗拉强度,而且经700~1400℃氧化1h后纤维的抗氧化性能大幅提高。

纤维预热温度对真空气压浸渗连续SiC_f/Al复合材料致密度和力学性能的影响

选用先驱体法制备的直径10~15μm束丝SiC纤维作为增强体材料，采用真空气压浸渗法制备了SiCf体积分数为40%的连续SiCf/Al复合材料，研究纤维预热温度对复合材料显微组织与力学性能的影响。结果表明：复合材料中原局部存在少量团聚的SiC纤维束随着纤维预热温度的提高，纤维团聚减少，分布更趋于均匀；而复合材料致密度和抗拉强度随纤维预热温度的升高先逐渐增加后缓慢降低；其中，在纤维预热温度为500℃、浸渗温度为730℃、浸渗压力为7 MPa和保压时间为5 min的浸渗工艺条件下所制备的连续SiCf/Al复合材料的致密度为97.24%，抗拉强度达到768.9 MPa。

连续SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料的制备和界面行为

简要叙述了几种主要的Ti-Al系金属间化合物Ti_3Al、TiAl和Al_3Ti的发展状况、性能优缺点以及应用。综述了几种增韧金属间化合物的纤维,对比其他纤维的性能发现连续的SiC纤维具有良好的应用前景。概括了两种连续SiC纤维的不同制备方法,即先驱体转化法和物理气相沉积法,两种不同方法分别得到了束丝SiC纤维和单丝SiC(W或C芯)纤维,并对两种纤维的性能进行了概括。对连续SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料的制备方法进行了分析,综述了SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料制备过程中纤维与基体的界面反应以及界面性能的改善方法;提出了连续SiC纤维增强Ti-Al系金属间化合物基复合材料发展的方向。

先驱体转化法连续SiC纤维国内外研究与开发现状

比较了连续ＳｉＣ纤维的四种主要制备方法，着重介绍了先驱体转化法制备工艺，并就先驱体转化法生产连续ＳｉＣ纤维国内外研究历程、开发现状、发展前景及对策作了初步的分析与探讨．

连续碳化硅纤维增强钛基(SiC_f/Ti)复合材料的制备技术及界面特性研究综述

连续碳化硅纤维(SiCf)由于具有比强度、比模量高,耐磨性、热稳定性好等性能优点,常作为增强体制备SiC纤维增强钛基复合材料。与钛合金基体相比,其具有密度更低、强度更高、疲劳蠕变性能大幅提升等优点,但横向性能却明显下降。因此,该类材料常被设计制作成单向增强性部件,广泛应用在航空航天等领域,如发动机的传动轴、整体叶环、盘类及风扇叶片等多种复合材料的结构件。碳化硅纤维增强钛基复合材料的性能主要由碳化硅纤维的性能、基体性能及纤维与基体之间的结合界面性能决定。目前批量生产的SiC纤维性能较差,界面结合状态与复合材料性能之间关系的研究开展较少,还不能为钛基复合材料构件设计提供足够的数据支持。因此,近年来研究者们主要从SiCf/Ti基复合材料力学行为的研究角度出发,探究不同基体及纤维类型、复合材料制备工艺方法、界面特性及产物对SiCf/Ti基复合材料界面结合力及破坏机制的影响,获得了大量有价值的数据,以期开发出成本低、产物稳定性好、可批量生产SiCf/Ti基复合材料的制造工艺方法。目前较为成熟的碳化硅纤维有英国DERA-Sigma公司提供的Sigma系列SiCf及美国Textron公司提供的SCS系列SiCf,后者强度最高达到6 200 MPa。SiCf/Ti基复合材料的制备工艺包括金属箔-纤维-金属箔工艺(FFF)、单层带工艺(MT)、基体-涂层纤维工艺(MCT)等,制备复合材料的工艺根据零部件的用途来定,FFF适用于制备板材等大尺寸构件,MCT适用于制备叶环、轴、管、叶片等复杂结构件。界面是增强体与基体之间的纽带和桥梁,界面结构设计、界面反应控制及反应产物均影响着界面的力学特性。在SiCf/Ti基复合材料的纤维和基体之间添加过渡层能够减缓它们之间的相互扩散及化学反应,过渡层选用反应层和惰性涂层组成的双层涂层较好。界面反应产物受涂层成分、基体组织、复合和热处理工艺、环境因素等的影响,增强纤维及基体性能、优选制备工艺、控制界面反应及产物有利于提高复合材料的力学性能。本文总结了连续SiC纤维(SiCf)增强钛基复合材料的应用研究现状,详述了SiCf/Ti基复合材料的钛合金基体材料、SiCf的种类及性能,SiCf与SiCf/Ti基复合材料的制备方法,分析了SiCf/Ti基复合材料界面结构设计及反应产物,阐明了界面力学特性与复合材料性能的关系,指出国内SiCf/Ti基复合材料发展的重点应放在高性能SiC纤维的研究与开发、界面层设计及界面与性能的关系以及复合材料分析检测手段三个方面,为SiCf/Ti基复合材料的制备及其今后的实际应用提供了参考。

先驱体转化连续SiC纤维研究进展

连续SiC纤维是一种具有高抗拉强度、耐高温、抗氧化及与陶瓷基体良好相容性的新型陶瓷纤维,在航天、航空、兵器、船舶和核工业等高技术领域具有广泛的应用前景。

耐超高温连续SiC纤维制备过程中纤维结构和取向演变

以聚铝碳硅烷(PACS)为先驱体,采用先驱体转化技术制备出耐超高温的连续SiC纤维.研究了制备过程中纤维结构和取向的演变及其对纤维性能的影响.研究结果表明,耐超高温连续SiC纤维制备过程中纤维结构的演变随温度变化分为分子间交联(≤600℃)、基本无机化(600～800℃)、完全无机化(800～1300℃)和结晶重排(1300～1800℃)四个阶段;纤维的取向随着结构的演变而改变,连续PACS纤维沿轴向具有的微弱取向,经热分解后演变到1300℃的产物中,1300℃后随着结晶重排的发生,纤维由各向异性转变为各向同性;结构和取向的转变对于纤维性能具有很大的影响.

耐高温的SiC(Al)纤维

聚硅碳硅烷 (PSCS)与乙酰丙酮铝 (Al(AcAc) 3 )在一定条件反应制备了耐高温SiC(Al)纤维先驱体聚铝碳硅烷 (PACS)。PACS通过熔融纺丝、预氧化处理、低温烧成、高温烧结等一系列工艺过程制备了耐高温SiC (Al)纤维。SiC (Al)纤维的化学组成为Si1C1 15O0 0 2 6Al0 0 13 ,主要结构是平均晶粒为 95nm的 β SiC ,O和游离C含量均大大低于Nicalon纤维 (O >10wt% ,游离C >10wt% ) ,同时含有微量的Al和少量的 α SiC。纤维表层O含量和Si含量略高于纤维内部 ,表面光滑平坦 ,没有明显表面缺陷。SiC (Al)纤维的平均直径为 13μm ,平均强度为 2 3GPa ,14 0 0℃氩气中处理 1h ,强度保留率 95 %以上 ;180 0℃氩气中处理 1h ,强度保留率为 71%。纤维的高温稳定性高于Nicalon纤维 。

加张烧成改善连续SiC纤维的束丝拉伸性能

先驱体法制备连续SiC纤维在烧成过程中有明显的失重和收缩行为,导致纤维在弯曲处应力集中,从而影响其单丝强度和束丝拉伸性能。本工作通过施加一定的张力研究加张烧成方式对连续SiC纤维束丝拉伸性能的影响。结果表明,通过适当的加张,烧成后的纤维平直,丝间平行程度明显改善,束丝断裂负荷显著增加,可编织性明显加强。

SiC_xO_y相分解方式对SiCO(Al)纤维烧结致密化的影响

研究了SiCO（Al）纤维向SiC（A1）纤维的高温转化过程，并研究了纤维中SiCxOy相的分解特征及不同高温处理方式对纤维结构和烧结致密化的影响。结果表明：纤维中SiCxOy相分解的温度范围为1430-1850℃，当采用连续处理方式处理，即使在1800℃下，纤维芯部SiCxOy相未能彻底分解，且快速分解速率导致纤维中形成粗大结晶颗粒和气孔，无法得到致密的高结晶结构。而在静态条件下处理，可以提高SiCxOy相分解程度。1650℃下保温处理1h后可以完全脱除SiCxOy相，同时保持晶粒均匀。再经过1900℃烧结，即可制得呈致密高结晶结构SiC（Al）纤维。

连续SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料的现状研究

连续SiC纤维增强SiC基(SiC/SiC)复合材料具有质轻、耐高温、高温强度好、抗蠕变性能佳等特点,是下一代先进航空发动机热结构的首选。连续SiC纤维是SiC/SiC承载增韧的主要单元,是限制SiC/SiC发展和应用的关键材料。本文阐述了连续SiC纤维的发展历程,列举了国内外已经商品化的连续SiC纤维制备工艺和成本,对比了不同牌号纤维的力学性能,综述了SiC/SiC复合材料制备、性能及其应用,并对未来SiC/SiC复合材料的应用前景和发展方向进行了展望。

连续SiC纤维工程化制备技术研究

碳化硅(SiC)纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、抗氧化、抗蠕变、耐化学腐蚀、耐盐雾等优点,并具有优良的电磁吸收特性,是耐高温陶瓷基复合材料的关键材料。简述了国外三代连续SiC纤维的生产及性能指标情况,介绍了苏州赛力菲陶纤有限公司连续SiC纤维的生产控制及质量状况,指出了SiC纤维工程化的重要意义,最后提出了SiC纤维高性能、低成本的发展方向,以及SiC纤维发展的关键在于应用等观点。

连续碳纤维增强Al基复合材料及其趋势发展

由于具备比强度和比模量高、耐腐蚀性、抗电磁辐射等特性,碳纤维被广泛用于增强树脂基或金属基复合材料,制备成质轻高强的结构件被应用于航空航天、渔具及健身器材等。近年来,随着对复合材料高强度和强韧性等要求的提出,高强高模碳纤维复合材料逐渐被重视,但随之出现了碳纤维与金属液相界面存在湿热效应等问题。鉴于此,综述连续碳纤维作为增强体制备Al基复合材料(简称连续Cf/Al复合材料)的工艺方法,介绍了几种对碳纤维/金属界面润湿方法及评价体系,同时对连续Cf/Al复合材料在航天的服役场合和低成本-大尺寸制备军民两用高性能复合材料提出一些前瞻性设想。

碳化硅纤维连续化工艺研究

本文对连续碳化硅（SiC）纤维的几种制备工艺方案进行了研究，阐述了纺丝工艺中温度、脱泡、过滤和收丝速度对纤维形态、性能的影响，确立了最佳工艺路线，并在此基础上制备了性能良好的连续SiC纤维。

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。

连续含铁碳化硅纤维及其结构吸波材料的研制

为了研制碳化硅吸波纤维,首次采用聚二甲基硅烷(PDMS)和二茂铁合成聚铁碳硅烷(PFCS),PFCS经多孔熔融纺丝、空气不熔化和在N2中1320℃连续烧成,可制得连续含铁碳化硅(SiC(Fe))吸波纤维;用SiC(Fe)纤维与环氧树脂制备的结构材料具有良好的吸波性能。XPS剖面分析、Raman光谱表明:纤维表面有一层厚约100 nm的富碳层,由表及里铁的含量逐渐增加;随着温度的升高游离碳的排列逐渐规整化。研究了碳对纤维性能的影响,结果表明:游离碳的存在有利于纤维电阻率的降低,复介电常数和介电损耗的增大。

SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料的界面行为及力学性能

采用箔-纤维-箔法制备SiCf/Ti6Al4V/Cu复合材料,研究Ti6Al4V在连续SiC纤维增强Cu基复合材料中作界面改性涂层时的界面反应结合特征。利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析复合材料显微组织、断口形貌以及SiCf/Ti6Al4V界面和Ti6Al4V/Cu界面的反应扩散特征。结果表明:该复合材料的抗拉强度并没有显著提高;SiCf/Ti6Al4V界面反应非常微弱;而Ti6Al4V/Cu界面反应非常明显,主要是Ti原子与Cu原子之间的反应,反应层厚度约为20μm;反应产物主要呈4层分布,分别为CuTi2、CuTi、Cu4Ti3和Cu4Ti。

连续纤维增强陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用

阐述了连续纤维增强陶瓷(SiC)基复合材料的优势与存在的问题,重点介绍了国内外对与其相关的增强纤维、构件制备工艺、构件制备的研究进展。