浸渍浆料对先驱体转化C_f/SiC复合材料结构及性能的影响

采用先驱体转化法,以聚碳硅烷/二甲苯、聚碳硅烷/二甲苯/碳化硅粉、聚碳硅烷/交联剂三种浆料体系分别浸渍增强体,裂解制备Cf/SiC复合材料,考察了浸渍浆料体系对Cf/SiC复合材料的结构和性能的影响。研究发现:聚碳硅烷/交联剂浆料制备复合材料所需周期最短,9个周期即可制得密度达1.78g.cm-3、开孔率为4.95%的复合材料;聚碳硅烷/二甲苯/碳化硅粉制备的复合材料密度最大,达1.87g.cm-3,并且制备的复合材料表面平整光洁;聚碳硅烷/二甲苯浆料制备的Cf/SiC复合材料力学性能最好,弯曲强度达455.9MPa,模量达90.6GPa,断裂韧性达18.9MPa.m1/2。研究结果表明,三种常用的浸渍浆料制备的复合材料各有其优点,在各个浸渍周期合理的选用浆料能有效的改善材料结构及性能。     

溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料力学性能的影响

以异丙醇(I)为溶剂、 六次甲基四胺(H)为催化剂, 配制间苯二酚(R)-糠醛(F)的醇溶胶, 经浸渍纤维预制件、凝胶老化、超临界干燥和炭化制得碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料。研究了溶胶配比对碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料密度、微观结构和力学性能的影响规律。结果表明:随着异丙醇与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度逐渐降低, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径增大, 大孔数量增多, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度降低。当异丙醇与间苯二酚物质的量之比由18增加到28时, 压缩强度由2.498 MPa(应变10%)降至0.716 MPa(应变10%), 拉伸强度由2.019 MPa降至1.001 MPa, 弯曲强度由3.984 MPa降至1.818 MPa。随着六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比增大, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度先增大后减小, 基体炭气凝胶内及与碳纤维形成的界面内孔径先减小后增大, 大孔数量先减少后增加, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的强度先增大后减小。当六次甲基四胺与间苯二酚物质的量之比为0.008 5时, 碳纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的密度最大, 强度最大, 其压缩强度为1.066 MPa(应变10%), 拉伸强度为1.256 MPa, 弯曲强度为3.556 MPa。      

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。     

浆料粘度对纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合支架孔结构与力学性能的影响

浆料粘度是热诱导相分离法制备支架材料的关键因素,采用不同粘度的纳米羟基磷灰石/聚酰胺66(n-HA/PA66)复合浆料制备了相应的n-HA/PA66多孔支架,并对不同粘度浆料制备支架材料的泡孔结构和力学性能等进行了对比研究。结果表明,浆料粘度对n-HA/PA66复合多孔支架的孔径、孔径分布、孔隙率、开孔率、力学强度等性能有显著的影响。随着浆料粘度的增大,制备支架的孔径、孔隙率、开孔率逐渐减小,而力学强度却逐渐增大。当浆料粘度为330Pa.s时,制备出的n-HA/PA66复合多孔支架综合性能最好,其孔径主要分布在200～500μm,平均孔径(324±67.1)μm,孔隙率为(75±1.6)%,开孔率为(59±2.5)%,抗压强度为(2.12±0.90)MPa,能够较好地满足骨组织工程支架材料对孔径、孔隙率和力学性能的要求。     

马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物和6K碳纤维混合填充对聚酰胺66性能的影响研究

以6K碳纤维作为主要增强材料,加入相容剂马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物(POE-g-MAH)制备聚酰胺66增强增韧复合材料,对复合材料的摩擦学性能和力学性能进行了表征。通过对比相容剂加入前后材料的摩擦系数、磨损体积以及摩擦界面温度来研究POE-g-MAH的加入对复合材料摩擦学性能的影响;另一方面,POE-g-MAH的加入改善了复合材料的力学性能(对比15%碳纤维情况下):未添加时材料的拉伸强度为47.88MPa,缺口冲击强度为7.47kJ/m2。添加后材料拉伸强度为94.80MPa,其缺口冲击强度可达到9.56kJ/m2。其拉伸强度提高了98%,缺口冲击强度提高了28%。     

短切碳纤维增强HA/PMMA生物复合材料的制备及性能

以丙烯腈短切碳纤维(C)为增强相,纳米羟基磷灰石(HA)为改性体,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基体,采用原位合成与溶液共混相结合的方法,制备了C_f-HA/PMMA生物复合材料。用X射线衍射仪(XRD)、红外吸收光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等对材料的结构组成及断面的微观形貌等进行测试和表征,使用万能材料试验机测试其力学性能。结果表明：该合成工艺可以保证短切碳纤维和HA 在基体PMMA中均匀分布;所制备的复合材料具有较好的力学性能。随着碳纤维含量的增加,复合材料的弯曲强度和模量均呈先增大后减小的趋势。当碳纤维含量为4 %、HA含量为2%时(质量分数),复合材料的弯曲强度和弯曲模量达到极大值97.41 MPa和3.06 GPa。从复合材料的SEM照片可以看出,当碳纤维含量增加到6%时,纤维在基体PMMA中出现部分聚集现象。     

碳纤维三维编织复合材料的结构对拉伸和弯曲性能的影响

研究了碳纤维四步法三维四向、三维五向编织结构复合材料的拉伸和弯曲性能,以及结构参数-编织角的变化对其拉伸和弯曲性能的影响,并与层合复合材料作了对比性研究.结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,其拉伸强度可达810MPa、拉伸模量可达95.6GPa,弯曲强度可达829.03MPa、弯曲模量可达67.5GPa.同时,编织角和编织结构对复合材料性能有较大的影响.随着编织角的增大,复合材料的拉伸、弯曲强度和模量均减小;三维五向结构的拉伸、弯曲强度和模量均高于四向结构;在纤维体积含量相近的情况下,通过对编织角的设计,可以设计三维编织复合材料的性能.     

高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板的制备及其性能表征研究

采用拉挤成型工艺制备了结构均一有序、外貌光亮顺滑的高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板,并对其进行了力学性能测试。研究结果表明:高性能碳纤维/环氧树脂复合材料板,在0°条件下,拉伸强度1889MPa,拉伸模量141GPa,压缩强度1212MPa,压缩模量130GPa,弯曲强度1107MPa,弯曲模量136GPa;在90°条件下,弯曲强度86MPa;层间剪切强度61.834MPa,具有较好的力学性能。     

含联苯结构的聚酰亚胺复合材料材料界面性能的影响

以改进的PMR方法由联苯四甲酸二甲酯(BPDE), 二氨基二苯甲烷(MDA)及降冰片烯二酸单甲酯(NE)合成的树脂为基体制备了AS4碳纤维增强的超高温聚酰亚胺复合材料。研究了树脂预聚物的高温流变行为。制得的复合材料在室温的弯曲强度为1190MPa,弯曲模量为121GPa,层间剪切强度为42MPa;在371℃的力学性能分别是763MPa、116GPa、26MPa;在371℃时的力学强度保持率可达50 %以上;玻璃化温度为472℃;该基体树脂和复合材料在空气中371℃下100h老化后,热失重分别为1.9％和2%。     

高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备

目的 研究高体分铝基复合材料无压浸渗近净形制备的可行性,分析近净形复合材料的微观组织和力学性能。方法 分别采用74 μm的碳化硅颗粒和5%(质量分数)的聚乙烯醇溶液作为增强相和黏结剂,通过模具冷压获得立方体陶瓷生坯,经干燥后加工成异形预制体,再经高温烧结脱胶处理,采用无压浸渗法制备高体分铝基复合材料近净形样品,并采用颗粒自然堆积方案制备复合材料对比样品。采用扫描电子显微镜、三点弯曲测试等手段对比分析复合材料的微观组织、力学性能和断口形貌。结果 基于无压浸渗法成功制备出具有特定外形结构的铝基复合材料,复合材料密度为2.93 g/cm³,弯曲强度为327 MPa,弹性模量为205 GPa,可达到自然堆积型复合材料弯曲强度的86.7%。碳化硅颗粒均为脆性解理断裂,说明颗粒和基体合金结合良好。结论 采用模压和烧结通用方法制备的异形陶瓷预制体可以实现特定外形结构铝基复合材料的无压浸渗近净形制备,近净形复合材料的弯曲强度可满足电子元器件的性能要求。     

基于SLS/CIP工艺SiC陶瓷的制备及其性能

以喷雾干燥的SiC-Al_2O_3-Y_2O_3造粒粉为原料,使用机械混合法得到复合粉体,通过激光选区烧结/冷等静压技术并结合液相烧结工艺制备出SiC陶瓷,对SiC陶瓷的物相组成、显微结构、抗弯强度及密度进行表征。结果表明:喷雾造粒粉平均粒径为39.43μm,球形度较高,流动性良好,适用于SLS成型;SLS成型最优参数为激光功率7W、扫描间距0.15mm、扫描速率2200mm/s、单层层厚0.15mm且CIP压力为80MPa时, SiC陶瓷素坯的性能最佳,抗弯强度为(2.23±0.10)MPa,密度为(1.31±0.05)g/cm^3;在1950℃下烧结2h后,样品发生了致密化,SiC陶瓷密度为(1.95±0.17)g/cm^3,相对密度为(60.81±5.31)%,抗弯强度为(55.43±4.04)MPa。     

Effects of pyrolysis processes on the microstructures and mechanical properties of Cf/SiC composites using polycarbosilane

Three-dimensional braided carbon fiber reinforced silicon carbide composites (3D-B C_f/SiC) were prepared through eight cycles of vacuum infiltration of polycarbosilane (PCS) and subsequent pyrolysis under an inert atmosphere. The influences of heating rate and pyrolysis temperature on the microstructure and mechanical properties of C_f/SiC were discussed. It was found that the heating rate had great effect on the mechanical properties of C_f/SiC composites. With the increase of heating rate, the density of C_f/SiC composites increased and the interfacial bonding was weakened. As a result, the flexural strength of C_f/SiC was enhanced from 145 to 480 MPa when the heating rate was increased from 0.5 to 15 °C/min. The results showed that the flexural strength of the C_f/SiC composites fabricated at a heating rate of 15 °C/min could be increased from 480 to 557 MPa if the pyrolysis temperature of the sixth cycle was elevated from 1200 to 1600 °C, which was also attributed to the desirable interfacial structure and increased density. When tested at 1300 °C in vacuum, the C_f/SiC showed higher flexural strength (680 MPa) than that (557 MPa) at room temperature.     

反应烧结制备Si3N4/SiC复相陶瓷及其力学性能研究

以两种不同配比Y₂O₃/Al₂O₃ (A, 2:3; B, 3:1, 总量15 wt%)为烧结助剂, 通过添加不同质量分数的SiC粉体,反应烧结制备了高强度的氮化硅/碳化硅复相陶瓷。并对材料的相组成、相对密度、显微结构和力学性能进行了分析。结果表明: 在1700℃保温2 h情况下, 烧结助剂A 与B对应的样品中α-Si₃N₄相全部转化为β-Si₃N₄; 添加5wt% SiC, 烧结助剂A对应样品的相对密度达到最大值94.8%, 且抗弯强度为521.8 MPa, 相对于不添加SiC样品的抗弯强度(338.7 MPa)提高了约54.1%。SiC能有效改善氮化硅基陶瓷力学性能, 且Si₃N₄/SiC复相陶瓷断裂以沿晶断裂方式为主。     

树脂基多孔碳孔结构对Cf/SiC复合材料连接性能的影响

连接技术是实现大尺寸以及复杂构型C_f/SiC复合材料制备及工程化应用的关键技术。本工作使用酚醛树脂作为碳源, 通过反应连接法实现了C_f/SiC复合材料的稳定连接, 研究了多孔碳坯的体积密度和孔径对接头连接性能和微观结构的影响, 讨论了惰性填料含量对接头连接性能和显微组织的影响。研究表明: 树脂基多孔碳素坯的体积密度和孔径分别选定在0.71~0.90 g·cm^-3和200~600 nm比较合适, 随着多孔碳素坯孔径增加, 游离硅尺寸逐渐增大; 当孔径为190 nm时, 连接件强度最大为(125±12) MPa。添加SiC惰性填料可以明显减小多孔碳素坯的体积收缩, 当SiC惰性填料质量分数为50%时, 连接件强度最高达到(216±44) MPa, 基本与基体材料强度相当。总体而言, 本研究为实现C_f/SiC复合材料稳定连接提供了理论指导, 对实现复杂形状或大型C_f/SiC复合材料的制备和工程应用具有重要意义。     

成形压力对SiC/TiB2复合材料组织与性能的影响

基于熔融Si浸渗法制备出较致密的SiC/TiB₂复合材料, 并研究了坯体成形压力对SiC/TiB₂复合材料致密度、相组成、显微组织和力学性能的影响。实验结果表明, 复合材料由TiB₂、SiC和Si相组成。SiC/TiB₂复合材料的显微组织特征为: TiB₂相和SiC相均匀分布, 游离Si填充在TiB₂相和SiC相的空隙处, 且形成了连续相。随成形压力的增大, 复合材料中游离Si含量降低, TiB₂颗粒尺寸减小, 复合材料的力学性能先增加后降低。坯体最佳成形压力为200 MPa, 对应SiC/TiB₂复合材料的体积密度、开口气孔率、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为3.63 g/cm³、0.90%、(354±16) MPa、(6.8±0.2) MPa·m^1/2和(21.0±1.1) GPa。     

Mechanical properties of 3D KD-I SiCf/SiC composites with engineered fibre-matrix interfaces

Three-dimensional (3D) silicon carbide (SiC) matrix composites reinforced with KD-I SiC fibres were fabricated by precursor impregnation and pyrolysis (PIP) process. The fibre-matrix interfaces were tailored by pre-coating the as-received KD-I SiC fibres with PyC layers of different thicknesses or a layer of SiC. Interfacial characteristics and their effects on the composite mechanical properties were evaluated. The results indicate that the composite reinforced with as-received fibre possessed an interfacial shear strength of 72.1 MPa while the composite reinforced with SiC layer coated fibres had a much higher interfacial shear strength of 135.2 MPa. However, both composites showed inferior flexural strength and fracture toughness. With optimised PyC coating thickness, the interface coating led to much improved mechanical properties, i.e. a flexural strength of 420.6 MPa was achieved when the interlayer thickness is 0.1 μm, and a fracture toughness of 23.1 MPa m^1/2 was obtained for the interlayer thickness of 0.53 μm. In addition, the composites prepared by the PIP process exhibited superior mechanical properties over the composites prepared by the chemical vapour infiltration and vapour silicon infiltration (CVI-VSI) process.     

Effect of multilayer coating on mechanical properties of Nicalon-fibre-reinforced silicon carbide composites

Nicalon-fibre-reinforced SiC composites were fabricated by combining polymer solution infiltration (PSI) and chemical vapour infiltration (CVI). Effect of multilayer coating on mechanical properties of the composites was investigated. The coatings consisted of chemically vapour deposited (CVD) C and SiC and were designed to enhance fibre pull-out in the composites. It was found that the flexural strength and fracture toughness of the composites were increased with the number of coating layers and was a maximum for 7 coating layers which consisted of C/SiC/C/SiC/C/SiC/C. Typical flexural strength and fracture toughness of the composites were 300 MPa and 14.5 MPa m^1/2, respectively.     

液硅渗透法制备Ti3SiC2改性C/CSiC复合材料

采用浆料浸渗结合液硅渗透法原位生成高韧性Ti₃SiC₂基体, 制备Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料。研究了TiC颗粒的引入对熔融Si浸渗效果的影响, 分析了Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料的微结构和力学性能。实验结果表明: TiC与熔融Si反应生成Ti₃SiC₂是可行的, 而且C的存在更有利于生成Ti₃SiC₂; 在含TiC颗粒的C/C预制体孔隙(平均孔径22.3 μm)内, 熔融Si的渗透深度1 min内可达10.8 cm; Ti₃SiC₂取代残余Si后提高了 C/C-SiC复合材料的力学性能, C/C-SiC-Ti₃SiC₂复合材料的弯曲强度达203 MPa, 断裂韧性达到8.8 MPa·m1/2; 对于厚度为20 mm的试样, 不同渗透深度处材料均具有相近的相成分、 密度和力学性能, 无明显微结构梯度存在, 表明所采用的浆料浸渗结合液硅渗透工艺适用于制备厚壁Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料构件。      

CVI-iC/TaC改性C/C复合材料的力学性能及其断裂行为

以针刺碳纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透工艺对预制体纤维进行PyC/SiC/TaC的多层复合模式的涂层改性, 然后采用化学气相渗透和热固性树脂浸渍-化进行增密,制备出新型C/C复合材料。对复合材料的微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:包覆在碳纤维表面的PyC/SiC/TaC多层结构均匀致密、无裂纹,在C/C复合材料中形成空间管状网络结构;改性后C/C复合材料的抗弯强度和韧性均大大提高, 平均抗弯强度达到522 MPa,断裂位移达到1.19mm;复合材料弯曲断裂形式表现为脆性断裂,经过2000℃高温热处理以后,复合材料的抗弯强度下降,但最大断裂位移增大,弯曲断裂形式由脆性断裂转变为良好的假塑性断裂。