LPVCS改性制备Cf/SiC复合材料及其耐高温性能

以液态聚碳硅烷(LPVCS)、聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用PIP工艺制备了连续碳纤维增强碳化硅(C_f/SiC)复合材料。LPVCS是一种新型先驱体,具有室温下为液态、浸渍效率高的优点,同时由LPVCS裂解得到的SiC基体具有能够与T300碳纤维形成合适界面力的优点。相比于全周期采用PCS浸渍制备的C_f/SiC复合材料,第一周期使用LPVCS浸渍,第二至八周期使用PCS浸渍,第八周期之后使用LPVCS浸渍制备的C_f/SiC复合材料具有更优异的力学性能,其三点弯曲强度由301MPa提高到442MPa,断裂韧性由11.2MPa.m_1/2提高到26.1MPa.m_1/2。力学性能提高的原因为两个方面,第一周期使用LPVCS浸渍得到了合适的界面结合强度,第八周期之后使用LPVCS浸渍提高了SiC基体的致密化程度。     

先驱体转化制备2D Cf/SiC复合材料力学性能

以国产3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷和SiC微粉为先驱体和填料,分别采用热压辅助先驱体转化和先驱体浸渍裂解工艺制备了2D Cf/SiC复合材料.结果表明,热压辅助先驱体转化工艺制备的2D C/SiC复合材料纤维损伤严重,基体较为疏松,材料力学性能很低,弯曲强度和断裂韧性仅为84.3 MPa和6.5 MPa·m1/2.而先驱体浸渍裂解工艺制备的2D C-SiC复合材料纤维损伤较小,具有较好的界面结合,内部孔隙较为均匀,力学性能较好,弯曲强度和断裂韧性分别达到321.6 MPa和17.8 MPa·m1/2.材料具有较好的高温力学性能,1300℃时力学性能有较大幅度的提高,1600℃和1800℃时复合材料力学性能还可以较好地保持.     

Cf／SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解（PIP）工艺制备了2DC／SiC复合材料，研究了低温裂解工艺（裂解温度低于1000℃）对2D Cf/SiC复合材料结构和性能的影响，为Cf／SiC复合材料的低温制备探索可行之路。研究表明，采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf／SiC复合材料力学性能，其弯曲强度达到329．6MPa，剪切强度32．1MPa，断裂韧性14．7MPa·m^1/2。并采用差热（TG-DTA）、红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）等对先驱体聚碳硅烷（PCS）及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究。     

Cf／SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷（PCS）为先驱体，T300碳纤维和光威（GW）碳纤维为增强纤维，采用先驱体浸渍一裂解工艺（PIP）分别制备了Cf／SiC复合材料。在相同工艺条件下，所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平，两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364MPa和437MPa。采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况，并分析了复合材料的结构和性能差异。     

Cf/SiC陶瓷基复合材料的制备工艺研究

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了2D Cf/SiC复合材料,研究了低温裂解工艺(裂解温度低于1000℃)对2DCf/SiC复合材料结构和性能的影响,为Cf/SiC复合材料的低温制备探索可行之路.研究表明,采用900℃裂解工艺制备的复合材料其力学性能达到或高于目前同类工艺制备的2D Cf/SiC复合材料力学性能,其弯曲强度达到329.6 MPa,剪切强度32.1 MPa,断裂韧性14.7 MPa·m1/2.并采用差热(TG-DTA)、红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)等对先驱体聚碳硅烷(PCS)及其低温裂解产物的结构和性能进行了研究.     

碳预制体中BN粉引入及其SiC基复合材料性能研究

通过真空浸渍和压力注射的工艺方法向三维针刺整体碳毡中引入了质量分数为50%的BN亚微米粉,采用PIP工艺,以含乙烯基的液态聚碳硅烷(LPVCS)为先驱体,制备了Cf/(BNp-SiC)复合材料,并对其性能及微观形貌进行了表征,与未加粉的Cf/SiC复合材料进行了对比。结果表明:BN粉的引入能有效缩短复合材料的制备周期,且对材料的力学性能影响较小。经过8次PIP工艺后,Cf/(BNp-SiC)复合材料开孔率仅为4.4%,Cf/SiC复合材料经9次PIP工艺后开孔率为6.5%。Cf/(BNp-SiC)复合材料抗弯强度达到269.6MPa,断裂韧性为10.26MPa·m1/2,Cf/SiC复合材料抗弯强度和断裂韧性分别为257.8MPa和13.51MPa·m1/2。     

先驱体浸渍-裂解法制备Cf/SiC复合材料

采用先驱体浸渍-裂解法制备了Cf/SiC复合材料.重点研究碳纤维类型对复合材料力学性能和断裂行为的影响.研究表明,采用先驱体浸渍-裂解法可制备出致密度较高的Cf/SiC复合材料.由于M40JB纤维的制备温度明显高于T300纤维的制备温度,因此与T300纤维相比,M40JB纤维具有较高的结晶度和较低的表面活性.结果,在复合材料制备过程中,M40JB纤维与基体的界面反应较弱,从而使复合材料呈现韧性断裂,具有较好的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别为614.4 MPa和18.8 MPa·m1/2.而T300纤维则与基体发生较强的界面反应,导致纤维与基体间的界面结合过强,复合材料表现为脆性断裂.     

Cf/SiC复合材料力学性能对比研究

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,T300碳纤维和光威(GW)碳纤维为增强纤维,采用先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)分别制备了Cf/SiC复合材料.在相同工艺条件下,所制备GW碳纤维复合材料的力学性能达到了T300纤维复合材料的性能水平,两种纤维增强SiC基复合材料抗弯强度分别为364 MPa和437 MPa.采用扫描电镜观察试样断口形貌及纤维拔出情况,并分析了复合材料的结构和性能差异.     

界面层对近化学计量比碳化硅纤维增强碳化硅复合材料性能的影响

分别以国产近化学计量比SiC纤维和聚碳硅烷为纤维增强相和基体浸渍剂,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺,实现制备PyC界面层的SiC/SiC复合材料致密化.采用SEM对SiC纤维及SiC/SiC复合材料的形貌进行分析,采用三点弯曲法对材料力学性能进行测试.结果 表明,国产近化学计量比SiC纤维具有高强高模的特点,界面层厚度是...     

碳纤维CVD SiC涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响

采用CVD PIP工艺制备了SiC涂层碳纤维增强SiC复合材料(C/SiC),研究了碳纤维表面CVD SiC涂层的形貌以及涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响.结果表明CVD SiC涂层处理可以填补纤维表面上的沟槽和缺陷,使纤维表面变得光滑,从而使C/SiC复合材料的力学性能有很大提高,碳纤维经过CVD SiC 1 h涂层处理的C/SiC复合材料的力学性能最好,弯曲强度达到511.5 MPa,断裂韧性达到20.8 MPa·m1/2.     

聚合物先驱体组分对SiC/SiBCN复合材料性能的影响

以SiC纤维为增强相,SiBCN复相陶瓷先驱体为浸渍剂,采用聚合物先驱体浸渍裂解工艺制备了SiC/SiBCN复合材料。采用SEM和力学性能测试对SiC/SiBCN复合材料氧化前后组分、形貌及力学行为进行了分析。试验表明,随着SiBCN复相陶瓷先驱体中聚硼氮烷(PBN)含量的增加,先驱体陶瓷产率先增加后降低,SiC/SiBCN复合材料1000℃/20 h氧化后的弯曲强度保留率亦先增加后降低。这主要归因于SiBCN复相陶瓷先驱体中PBN含量的增加有利于先驱体分子交联程度增加,更容易形成稳定的三维网络结构。此外,材料孔隙率以及SiBCN复相陶瓷的氧化行为也成为影响SiC/SiBCN复合材料氧化稳定性的重要因素。     

首周期工艺条件对先驱体转化制备Cf/SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)为陶瓷先驱体,采用PIP工艺制备3D-B Cf/SiC复合材料,研究了首周期不同工艺条件对材料性能的影响.结果表明首周期1600℃真空裂解的Cf/SiC复合材料性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别达到497MPa和29.6 MPa·m1/2;首周期采用缓慢降温可以小幅度地提高Cf/SiC复合材料的力学性能.     

纤维涂层处理SiCf/SiC复合材料

分别采用酚醛和沥青为先驱体,在连续SiC纤维表面进行涂层制备,采用SEM、表面能谱等分析手段系统研究了涂层组成、结构及其对SiC纤维力学性能的影响.以含碳涂层的SiC纤维和聚碳硅烷(PCS)为原料通过先驱体转化法(PIP)制备SiCf/SiC复合材料,对其微观结构及性能进行了表征.结果表明,经过涂层处理后,在连续SiC纤维表面涂敷了一层无定形碳,纤维表面缺陷得到改善,抗拉强度有所提高.采用碳涂层SiC纤维制备SiCk/SiC复合材料后,断裂韧性明显提高.通过涂层处理有效地改善了SiCf/SiC复合材料的韧性.     

工艺对C/SiC复合材料结构与性能的影响

介绍一种化学气相渗透与先驱体浸渍裂解联用(CVI-PIP)的工艺制备碳毡增强SiC复合材料,采用SEM分析复合材料的显微结构,采用三点弯曲法测试复合材料的力学性能,结果显示在复合材料致密化过程早期,CVI工艺致密化效率明显高于PIP工艺;与完全采用PIP工艺制备C/SiC复合材料相比,采用CVI-PIP工艺可提高复合材料的致密化效率和致密化程度,复合材料残留孔隙率从18.86%下降到5.45%;相应的,C/SiC复合材料的抗弯强度与弹性模量分别从66.43 MPa和38.43 GPa增加到112.16 MPa和68.49 GPa;采用CVI-PIP联用工艺同时能够增加复合材料与其表面CVD涂层的结合性能.     

先驱体转化法制备Diamond/SiC复合材料

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备出Diamond/SiC复合材料,重点研究制备工艺参数对复合材料致密度等性能的影响规律。结果表明:PCS裂解产生的β-SiC与基体中α-SiC和Diamond的界面相容性良好,有利于Diamond/SiC的致密化;模压压力、浸渍液浓度以及预氧化处理等制备工艺参数是影响Diamond/SiC复合材料致密度的主要原因;Diamond/SiC多孔坯经7个周期的PIP处理后可成为致密度较高的Diamond/SiC复合材料。     

基体对PIP法制备2D Cf/SiC材料抗氧化性能的影响

以3k JC1#纤维布为增强体,以聚碳硅烷为先驱体,采用先驱体转化工艺制备了2D Cf/SiC复合材料,考察了基体结构对材料抗氧化性能的影响.结果表明,先驱体转化2D Cf/SiC复合材料的抗氧化性能主要与材料基体中的游离碳含量及孔隙率有关,基体中游离碳含量和孔隙率越高,材料的抗氧化性能越差.通过减少基体中的孔隙率和游离碳含量,可以制备抗氧化性能较好的2D Cf/SiC复合材料,在1300℃,马弗炉中氧化20 min后,材料的失重率仅为2.2%,弯曲强度和断裂韧性保留率达到83.6%和80.9%.     

原位生长碳纳米管及其在SiC_f/SiC复合材料中的应用

采用碳纳米管改善纤维与基体间的界面结合,同时利用碳纳米管自身的优异性能对碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)进行二次增强。通过化学气相沉积工艺(CVD)在SiC纤维编织件内原位生长碳纳米管,优化碳纳米管原位生长过程中的碳源流量、反应温度和反应时间等工艺参数,对碳纳米管的原位生长工艺及机理进行系统分析,并结合先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备CNTs-SiCf/SiC复合材料,探讨原位生长碳纳米管的引入对复合材料力学性能的影响。结果表明,优化后的工艺参数如下:反应温度750℃,C2H2、H2和N2流量比1/1/3,C2H2流量100~150 mL/min,反应时间60 min;碳纳米管的引入使SiCf/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别提高了16.3%、90.4%和106.3%。     

纤维排布方式对KD-I/SiC复合材料性能的影响

采用国产KD-I型SiC纤维为增强体,通过先驱体转化工艺制备了SiC/SiC复合材料.研究了二维织物和针刺毡等纤维排布方式对复合材料显微结构和物理以及力学性能的影响.结果表明,与针刺毡增强SiC/SiC复合材料相比,2D SiC/SiC复合材料的纤维体积分数和密度较高、孔隙率低、所需制备时间短、成本低、面内性能好,但同时损失了Z向性能.在不同工况下应用的SiC/SiC复合材料应根据具体使用要求来选择纤维排布方式.     

高温处理对不同浆料制备C/SiC复合材料的影响

以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备的C/SiC复合材料为研究对象,考察了聚碳硅烷/二甲苯(PCS/Xylene)和聚碳硅烷/二甲苯/碳化硅粉(PCS/Xylene/SiC)两种浆料对C/SiC材料耐高温性能的影响.研究发现:在1600 ℃惰性气氛保护下高温处理1 h后,PCS/xylene/SiC制备的材料失重较大,达4.67%.弯曲强度在高温处理前后的保留率较高,高温处理后其强度达464.1 MPa,但模量下降明显.高温处理使C/SiC材料的增韧机制发生改变,PCS/Xylene中添加SiC改变了材料的界面结构.结果表明:两种不同的浸渍浆料对C/SiC材料的耐高温性能有着较明显的影响.     

SiC涂层工艺对三维碳纤维编织物抗氧化性的影响

采用先驱体浸渍裂解(PIP)法在碳纤维表面制备SiC涂层.研究了涂层制备工艺对编织体抗氧化性能的影响.结果表明,经质量分数为10%的聚碳硅烷(PCS)溶液循环浸渍裂解所得样品的抗氧化性能最佳.对SiC/碳纤维非等温条件下氧化反应的动力学研究结果表明,SiC涂层/碳纤维的非等温氧化过程呈现自催化特征.氧化机理为随机成核,动力学参数为1g A=15.223 min-1,E=157.15 kJ·mol-1.