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。

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。

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。

金刚石增强石墨膜/铝复合材料构型设计及其导热性能

针对石墨膜/铝复合材料纵向导热能力不足的缺点,本文采用高导热金刚石穿透铝层,连接上下两层石墨膜,成功在石墨膜/铝复合材料内部构建了导热通道,为复合材料提供纵向导热路径,从而有效提高复合材料纵向热传导效率。为了改善金刚石与铝基的界面结合,使用物理气相沉积(PVD)技术对金刚石表面进行镀钨处理,随后采用快速热压烧结法(FHP)制备金刚石增强石墨膜/铝复合材料。研究了界面结合质量和金刚石体积分数对复合材料热导率性能的影响。研究表明:当镀钨金刚石体积分数为10vol%,复合材料面内热导率达到峰值658 W/(m·K),相较于未镀金刚石增强复合材料提升了7%。当镀钨金刚石体积分数超过10vol%时,复合材料面内热导率呈现下降趋势。对于镀钨金刚石高体积分数(30vol%)的复合材料而言,其面内热导率降低至535 W/(m·K)。然而,随着金刚石体积分数的增加,复合材料内部导热通道数量增加,纵向热导率达到最高值177 W/(m·K),相较于未镀金刚石增强复合材料提升了34%。结果表明通过在石墨膜/铝之间引入金刚石导热通道,可有效提高复合材料的纵向导热能力。

连续聚碳硅烷纤维断裂机理与可纺性研究

分析PCS纤维的特点以后，讨论PCS熔融纺丝时的纤维断裂机理以及PCS的可纺性影响因素。研究表明：强度低且非常脆，是聚碳硅烷纤维最显著的特点；PCS纤维成形时一般不会发生毛细波断裂，但极易出现脆性断裂；PCS熔体结构粘度指数△η<0．2～0．3时，其可纺性较好。

低电阻率Si-C-O纤维组成和性能

采用聚二甲基硅烷 (PDMS)与不同比例的聚氯乙烯 (PVC)共裂解合成制备了低电阻率Si C O纤维先驱体聚合物 .经熔融纺丝、空气不熔化处理及高温烧成制成低电阻率Si C O纤维。通过元素分析、XRD及XPS研究了纤维组成及其结构 ,考察了纤维组成与性能的关系。结果表明 ,PVC的掺入使烧成纤维中氧含量降低 ,游离碳的含量有较大幅度的增加 ,纤维的密度和模量下降 ,在较低的Si/C比时 ,纤维的强度同碳含量没有明显的关系。

低电阻率Si-C-O纤维的制备——先驱体聚合物的热裂解

通过IR ,TG及XRD等手段对聚二甲基硅烷 (PDMS)与聚氯乙烯 (PVC)共裂解合成制备的纤维先驱体(PC P5 ,PC P5 0 )裂解进行了研究。结果表明 ,在初始裂解阶段 ,主要为小分子硅烷逸出 ,PC P5发生—Si—H和—Si—CH3 的脱甲烷、脱氢反应而导致交联程度的增加 ;而在PC P5 0中 ,除了发生上述反应外 ,还存在分子内和分子间稠环芳烃结构的脱氢缩聚。随裂解温度进一步的提高 ,PC P5表现为脱氢、脱甲烷的无机化过程 ,裂解产物从有机物转变为存在部分微晶的无机结构 ,裂解温度继续提高后 ,Si—C—O玻璃相和富余碳反应使SiC晶粒尺寸增加 ,并伴有CO气体的放出。

Fabrication of Y_2Si_2O_7 coating and its oxidation protection for C/SiC composites

Yttrium silicate （Y2Si2O7） coating was fabricated on C/SiC composites through dip-coating with silicone resin ＋ Y2O3 powder slurry as raw materials. The synthesis, microstructure and oxidation resistance and the anti-oxidation mechanism of Y2Si2O7 coating were investigated. Y2Si2O7 can be synthesized by the pyrolysis of Y2O3 powder filled silicone resin at mass ratio of 54.2：45.8 and 800 °C in air and then heat treated at 1400 °C under Ar. The as-fabricated coating shows high density and favorable bonding to C/SiC composites. After oxidation in air at 1400, 1500 and 1600 °C for 30 min, the coating-containing composites possess 130%-140% of original flexural strength. The desirable thermal stability and the further densification of coating during oxidation are responsible for the excellent oxidation resistance. In addition, the formation of eutectic Y-Si-Al-O glassy phase between Y2Si2O7 and Al2O3 sample bracket at 1500 °C is discovered.