先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料的研究

综述了先驱体转化法制备连续纤维增强陶瓷基复合材料在先驱体、致密化工艺、微观结构、性能等方面的国内外研究情况 。

连续纤维增强陶瓷基复合材料微观力学研究进展

微观力学参数是构建连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFRCMCs)组分、微观结构和宏观力学性能的桥梁,但受限于CFRCMCs的脆性和微观力学参数测试水平,微观力学研究工作进展缓慢。随着基于纳米压痕的微观力学测试技术和基于聚焦离子束微观测试样品制备技术的飞速发展,近年来CFRCMCs的微观力学研究工作取得显著进步。本文结合国防科技大学刘海韬课题组的研究工作,重点对CFRCMCs组分的原位模量、断裂韧性以及界面结合强度的测试方法和典型应用进行了讨论,最后举例说明了基于微观力学参数的CFRCMCs宏观力学行为的预判方法。

连续纤维增强碳化硅复合材料界面区研究进展

界面区对于连续纤维增强陶瓷基复合材料的性能水平有着决定性的影响,其中以纤维/基体界面涂层最为关键。本文介绍了常见的四种界面区类型,在探讨界面区作用机制与要求的基础上,综述了C/SiC和SiC/SiC复合材料中C、BN、碳化物、氧化物等界面涂层材料及其制备技术的研究现状,指出了存在的问题与发展趋势。

不同碳纤维表面状态对Cf/SiC复合材料性能的影响

采用XPS对两种不同的碳纤维表面进行了分析,制备了束丝Cf/SiC复合材料,并采用束丝拉仲强度表征其性能。结果表明,碳纤维表面主要有C、O两种元素存在,其中碳主要有C-C和C-O两种存在方式,并且两种纤维的Ols/Cls有明显的不同。当氧含量高时,纤维在经历高温处理后强度下降幅度较大,所制备的Cf/SiC复合材料性能较差。

基于液相法的碳纤维复合材料抗氧化烧蚀技术研究进展

碳纤维增强陶瓷基复合材料是很重要的高温结构材料,在有氧环境下使用时,氧化烧蚀是导致其失效的首要原因。液相法是实施抗氧化保护的有效手段之一,本文从纤维保护、基体改性、整体涂层三个角度,综述了基于液相法的抗氧化烧蚀技术研究现状,分析了今后发展需要关注的问题。

浆料浸渍辅助PIP工艺制备C/HfC-SiC复合材料的微观结构及性能研究

针对高速飞行器对于防热/承载一体化超高温陶瓷基复合材料的迫切需求,以及现有反应型HfC先驱体存在的成本高、效率低和致密效果差等不足,本研究将HfC亚微米粉体配制成稳定的陶瓷浆料,利用浆料加压浸渍辅助先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了HfC基体均匀分布的C/HfC-SiC复合材料,探讨了HfC含量对于复合材料微观结构、力学与烧蚀性能的影响。结果表明,当HfC实际体积分数为13.1%~20.3%时,复合材料密度为2.20~2.58 g·cm^(-3),开孔率约为5%。通过单层碳布加压浸渍陶瓷浆料,HfC颗粒能够分散到纤维束内部,且在复合材料中分布比较均匀。提高HfC含量会降低复合材料纤维含量,其力学性能也呈现出降低趋势。当HfC体积分数为20.3%时,复合材料的密度、拉伸强度和断裂韧性分别为2.58 g·cm^(-3)、147 MPa和9.3 MPa·m^(1/2);经氧乙炔焰烧蚀60 s后,复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.0062 mm/s和0.005 g/s,烧蚀过程中形成的熔融相Hf_(x)Si_(y)O_(z)能覆盖在材料表面,起到良好的保护作用。

无机纤维增强SiO_2气凝胶隔热复合材料的研究进展

SiO_2气凝胶因其独特的纳米孔结构而具有低密度、低热导率等特点,具备成为高效隔热材料的潜力,然而SiO_2气凝胶的力学性能较差,极大地限制了其在隔热领域的应用。采用无机纤维作为增强体,制备的SiO_2气凝胶复合材料同时具有较好的力学和隔热性能,是目前国内外高性能隔热材料的研究热点之一。综述了无机纤维增强SiO_2气凝胶隔热复合材料的制备方法及其研究进展,并展望了其未来发展方向。

C/SiC复合材料在超燃冲压发动机中的应用研究进展

超燃冲压发动机是发展高超声速技术的核心,以其为动力装置的各类高超声速飞行器对于国防安全和航天运输都有重要意义。本文分析了超燃冲压发动机对热防护材料的要求,综述了C/SiC复合材料在超燃冲压发动机中的应用研究现状,提出了发展建议,指出了需要关注的关键问题。

热压工艺在C_f/SiC复合材料制备中的应用

探讨了热压工艺 (HP)在常压浸渍裂解 (PIP)制备 Cf/Si C复合材料制备过程中的应用 ,认为热压浸渍裂解工艺 (HP-PIP)既可以改善碳纤维与基体 Si C之间的界面 ,又可以提高材料的致密度 ,使材料内部的空隙减少或消失 ,同时使孔隙排布均匀 ,从而使材料的性能有了大幅度提高 ,其强度由原来的 2 90 MPa提高到 5 40 MPa。

不同界面SiC/SiC复合材料的断裂行为研究

碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiC/SiC)是极具前景的高温结构材料。通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺分别制备了PyC界面和CNTs界面SiC/SiC复合材料,对两种SiC/SiC复合材料的整体力学性能以及界面剪切强度等进行了测试表征,并对材料中裂纹的产生与扩展进行了原位观测。结果表明,两种界面SiC/SiC复合材料弯曲强度相近,但PyC界面SiC/SiC复合材料的断裂韧性约为CNTs界面SiC/SiC复合材料的两倍。在PyC界面SiC/SiC复合材料中,裂纹沿纤维–基体界面扩展,PyC涂层能够偏转或阻止裂纹,材料呈现伪塑性断裂特征;而在CNTs界面SiC/SiC复合材料中,裂纹在扩展路径上遇到界面并不偏转,初始裂纹最终发展为主裂纹,材料呈现脆性断裂模式。

树脂传递模塑-复合材料成型新工艺

树脂传递模塑是一种新型的树脂基复合材料成型方法 ,具有许多独特的优点 ,近年来发展迅速。本文全面综述了该方法的工艺过程及研究应用概况 ,介绍了今后进一步发展的方向。

先驱体浸渍裂解结合化学气相渗透工艺下二维半和三维织构SiC/SiC复合材料的结构与性能

通过先驱体浸渍裂解工艺结合化学气相渗透工艺(PIP+CVI)制备了二维半(2.5D)和三维(3D)编织结构的碳化硅纤维增强碳化硅基(SiC/SiC)复合材料,对两者的密度、热导率、力学性能以及微观结构等进行了测试分析。结果表明,PIP+CVI工艺制备的SiC/SiC复合材料具有较低的密度(1.98~2.43g·cm-3)和热导率(0.85~2.08 W·m^(-1)·K^(-1)),初期CVI纤维涂层能够提高纤维-基体界面剪切强度(~141.0 MPa),从而提高SiC/SiC复合材料的力学性能,后期CVI整体涂层明显提高了2.5DSiC/SiC复合材料的密度、热导率和力学性能,对3DSiC/SiC复合材料性能的影响不明显。

连续Si-Fe-C-O功能陶瓷纤维的制备及其表面分析

采用聚二甲基硅烷(PDMS)和二茂铁合成出聚铁碳硅烷(PFCS),后者经熔融纺丝、预氧化、烧成,可制得电阻率低至10-2Ω·cm、拉伸强度2．0GPa、长度>500m的连续Si—Fe-C-O 纤维．探索了连续Si-Fe-C-O纤维的制备工艺．研究了铁对纤维电阻率和β-SiC结晶的影响: 铁含量的增加有利于β-SiC晶粒的增长和电阻率的降低．XPS剖面分析表明:陶瓷纤维的表面富含碳,随着径向深度增大铁含量增加．

Si-C-Fe-O功能陶瓷纤维的制备

本文采用低分子量的聚硅烷(LPS)和二茂铁合成出聚铁碳硅烷(PFCS),后者经熔融纺丝、预氧化、烧成,可制得电阻率低至10-2Ω·cm的Si-C-Fe-O纤维。在预氧化过程中,Si-H反应程度增加的同时纤维的重量增加。研究了二茂铁对纤维电阻率和β-SiC结晶的影响:二茂铁用量的增加有利于β-SiC晶粒的增长和电阻率的降低。

先驱体浸渍裂解结合反应熔渗法制备C_f/ZrC-SiC复合材料

以先驱体浸渍裂解结合反应熔渗工艺将Cf/C-SiC材料内部富余的自由碳相转变为ZrC超高温陶瓷,制备了Cf/ZrC-SiC复合材料。对Cf/C-SiC基材的孔隙进行了设计,利用XRD和SEM分析了Cf/ZrC-SiC复合材料的微观结构和物相组成。结果表明:采用PIP法可制备具有理想孔隙率的Cf/C-SiC基材;1800℃熔渗Zr-Si合金反应制得的Cf/ZrC-SiC材料主要由SiC和ZrC相组成;高温条件下熔融金属与基体反应的同时,还会侵蚀碳纤维。热解碳涂层能保护纤维。

浆料中SiC粉含量对PIP法C_f/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以三维碳纤维编织物和硅树脂(SR249)为原料,采用先驱体转化法(PIP)制备了Cf/Si-O-C复合材料,考察了浆料中SiC粉含量对Cf/Si-O-C的结构与性能的影响。结果表明:由于浆料中SiC粉含量的不同,复合材料的性能与结构具有明显差异。随着浆料中SiC粉含量的增加,Cf/Si-O-C材料的气孔率降低,纤维/基体界面结合减弱,导致其力学性能有明显提高。

C/C素坯密度对GSIC/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

采用气相渗硅工艺(GSI)制备C/C-Si C复合材料,研究了C/C素坯密度对GSI C/C-Si C复合材料物相组成与摩擦磨损性能的影响,分析了C/C-Si C复合材料的制动过程,并归纳了其摩擦磨损机理。结果表明,随着C/C素坯密度的增大,GSI C/C-Si C复合材料的密度呈递减趋势,且C含量和开气孔率逐渐增加,而Si C含量和残余Si含量逐渐减少;自对偶条件下,复合材料的平均摩擦系数、磨损率均呈现先增大后减小的趋势,当C/C素坯密度为1.25g/cm3时有最大值,而制动稳定系数则不断增大。GSI C/C-Si C复合材料的制动过程是犁沟效应和粘着效应共同作用的结果,制动初始阶段和刹停阶段以犁沟效应为主,中间阶段以粘着效应为主。

SiC基复合材料先驱体聚合物研究进展

综述了高陶瓷产率聚碳硅烷、液态聚碳硅烷、改性聚甲基硅烷等新型先驱体聚合物的研究进展,并展望了发展前景。

聚钛碳硅烷先驱体转化法制备3D C_f/Si-Ti-C-O复合材料研究

以一种新型先驱体,聚钛碳硅烷(PTC)为原料制备了3D Cf/Si-Ti-C-O材料,考察了其力学性能和抗氧化、抗热震性能。结果表明,PTC在1200℃时裂解的陶瓷产率达到63.37%,材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到485.3MPa和19.95MPa.m1/2。在1300℃马弗炉中氧化10min后,材料的弯曲强度为306.2MPa,强度保留率为63.06%。1300℃五次热震试验后的弯曲强度为408.9MPa,强度保留率为85.13%。表明3D Cf/Si-Ti-C-O材料具有较好的力学性能和抗氧化、抗热震性能,PTC是一种优异的适合制备陶瓷基复合材料的先驱体。

热处理工艺对喷射沉积7090/SiC_p复合材料断裂韧性的影响

通过实验对不同热处理制度时挤压态7090/SiCp复合材料的断裂韧性以及微观组织进行了研究。挤压态7090/SiCp复合材料经固溶和时效的热处理后,断裂韧性均有不同程度的提高。随着时效处理的进行,挤压态7090/SiCp复合材料的断裂韧性先升高后降低再升高,而470℃/1h+490℃/1h双级固溶+120℃/28h峰时效状态的复合材料强度最高,但KIC值较小。研究了7090/SiCp复合材料的断裂模式,结果可以看出复合材料的断裂是以穿晶断裂为主兼有沿晶断裂的混合型断裂。