高温循环下SiC-C/SiBCN复合材料的力学性能研究

采用化学气相沉积(CVD)结合前驱体浸渍裂解(PIP)技术制备了SiC涂层的C/Si C和C/SiBCN复合材料,研究了高温循环氧化对2种复合材料弯曲性能的影响。结果表明,与SiC-C/SiC相比,SiC-C/SiBCN复合材料的平均室温抗弯曲强度约为605 MPa,增幅达到126.6%。在1000和1200℃循环3次后,Si C-C/SiBCN的剩余抗弯曲强度分别为417和342 MPa,强度保留率分别为68.9%和56.5%,显著优于SiC-C/Si C复合材料。与PIP SiC陶瓷基体相比,Si BCN基体的孔隙率更低,高温下SiBCN氧化后形成SiO_2和B_2O_3,可以更好地降低O_2的透过率,提高材料的抗氧化性能和强度保留率。     

制备多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料研究

以带有SiC涂层(厚度～lμm)的C纤维预制体作为骨架,液相浸渍Sol-Gel法制备的高固相含量ZrO2先驱体,溶胶-原位烧结制备多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料.ZrO2先驱体溶胶稳定性取决于pH值和稀释NH3-H2O的浓度.pH=3时先驱体溶胶固相含量为50%.XRD及SEM结果表明:不同烧结温度和烧结气氛条件下,多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料的成分物相和表面形貌有明显差别.Ar气氛低温烧结可以有效防止C纤维氧化和副反应发生,断裂过程中有纤维拔出的痕迹.1100℃烧结制备Cf/ZrO2陶瓷基复合材料力学性能最好,显气孔率为54%时弯曲强度接近13 MPa.     

纳米SiC填料对SiOC泡沫陶瓷性能的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法及有机泡沫浸渍法相结合制备了SiOC泡沫陶瓷。研究了纳米SiC填料含量对SiOC泡沫陶瓷的抗压强度、孔隙率的影响,并对泡沫陶瓷的微观形貌进行了分析。结果表明：随着纳米SiC填料含量的增加,Si0C泡沫陶瓷抗压强度先升高后降低;在相同的裂解温度下,添加纳米SiC填料可提高泡沫陶瓷的孔隙率。当SiC填料含量达5％时泡沫陶瓷抗压强度达最大值17．8MPa,其孔隙率为88％。微观结构分析显示,SiOC泡沫陶瓷呈三维网状结构,孔径为100～500μm,具有良好的贯通性,且孔筋处结构较为均匀致密。     

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。     

SiC陶瓷/灰铸铁复合材料的组织与性能

采用泡沫塑料先驱体挂浆成型法和高温烧结法制备三维网络结构SiC陶瓷预制体,通过常压铸渗成型工艺制备了三维连续网络结构SiC陶瓷/灰铸铁复合材料,结果表明:SiC质泡沫陶瓷骨架表面经铜化合物法金属化处理后,可有效改善金属对陶瓷相的润湿与铸渗能力,使得铸态复合材料的抗拉强度提高约17%;复合材料的体积密度为6.26g/cm3,比灰铸铁降低了11%;复合材料经热处理后,其硬度为热处理前的1.62~2.91倍,抗压强度为热处理前的1.56~2.04倍。     

新型化学反应法制备SiC/Al2O3复相陶瓷涂层

陶瓷涂层材料以其高硬度、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等一系列优点,在航空航天、武器装备、核工业、石油化工等领域具有广阔的应用前景.SiC/Al_2O_3复相陶瓷在常温和高温下都具有较好耐磨性和化学稳定性,是一种极具工程应用前景的复合陶瓷材料.本研究采用优质陶瓷先驱体聚合物PCS,添加惰性填料SiC纳米颗粒和活性填料金属Al粉共同作用,克服了先驱体法制备陶瓷材料中存在较大体积收缩的缺点,在金属基体上制备了单层厚度可达50 μm的致密SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,复相陶瓷涂层中的SiC来自于先驱体PCS热解转化的SiC和添加的纳米SiC颗粒;其中的Al_2O_3来自于金属Al粉的氧化.该化学反应方法在金属基体上成功地制备出连续、致密的SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,既简单又方便,表现出极大的应用潜力.     

先驱体转化制备ZrO2改性SiC陶瓷的烧蚀行为

采用先驱体浸渍-裂解法,以聚碳硅烷和正丁醇锆为原料高温裂解制备了ZrO2改性的SiC陶瓷材料,采用氧乙炔焰对材料进行烧蚀实验,结合XRD、SEM和EDS能谱等测试方法,研究了ZrO2的引入对材料烧蚀行为的影响。结果表明:在制备的ZrO2改性SiC陶瓷中,ZrO2以细碎的颗粒状存在于致密的SiC之间。ZrO2的引入提高了SiC陶瓷材料的抗烧蚀性能,引入质量分数为29%ZrO2后,SiC陶瓷的质量烧蚀率由0.0412g/s降低为0.0195g/s,烧蚀后材料未发生断裂。构建了烧蚀行为模型,可知ZrO2在烧蚀后能相对稳定的存在于烧蚀中心,而SiC被氧化为SiO2向四周流失。     

以新型先驱体浸渍裂解制备SiC/SiC复合材料弯曲性能研究

以一种新型先驱体LPVCS为原料、KD-1型SiC纤维作为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了SiC/SiC复合材料,并对其性能及微观形貌进行表征。实验结果表明,以LPVCS为先驱体、经过热模压辅助成型工艺处理的材料密度为2.11g/cm3,孔隙率为6.25%,而且材料制备周期大大缩短。采用CVD工艺在SiC纤维表面制备裂解碳涂层可有效降低裂解过程中高温对纤维造成的损伤,而且可改善纤维与基体界面的结合,使材料抗弯强度达619.4MPa,断裂韧性达29.1MPa·m1/2,较无涂层的纤维增强复合材料更高。     

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%.     

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...     

Influence of preparation temperature on the oxidation resistance and mechanical properties of C/SiC coated C/C composites

A C/SiC oxidation resistance coating was prepared on carbon/carbon (C/C) composites by slurry and pack cementation. The microstructure, oxidation resistance and mechanical properties of C/SiC coating prepared from 1773 to 2573 K were investigated. With the increase of the preparation temperature, the oxidation resistance of C/SiC coating increases, however, the flexure strength decreases gradually. The preparation of C/SiC coating on C/C composites results in the fracture behavior of C/C composites changing from pseudo-plastic to brittle failure model. The decrease of flexure strength is mainly attributed to the decrease of C/C matrix’ flexure strength at high temperature.     

颗粒补强Al2O3／SiC／（W,Ti）C复相陶瓷刀具材料的氧化行为与强度特性

研究了颗粒补强Al2O3/SiC/(W,Ti)C复相陶瓷刀具材料的纤为及其对材料抗弯强度的影响,结果表明：该材料在空气中静态氧化时的氧化增重符合抛物线规律,随弥散相SiC和（W,Ti)C的增加,其氧化活化能有不同程度的降低,由于SiC的添加,使得氧化膜在高温下能以粘性流动的方式缓解残余应力,降低氧化速度,从而使得材料的抗氧化性能有所提高,此外,适当的氧化处理可使Al2O3/SiC/(W,Ti)C陶瓷刀具材料的抗弯强度得到提高。     

ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料的循环氧化烧蚀行为

难熔金属碳化物改性是提升陶瓷基复合材料抗氧化性能的有效途径。然而,ZrC-HfC-TaC改性对循环氧化烧蚀性能的影响却鲜有报道。利用前驱体浸渍裂解结合化学气相沉积工艺构筑了ZrC-HfC-TaC改性C/SiC复合材料,剖析了1600 ℃/5 h循环静态氧化后材料的力学强度、化学组成以及微观结构的变化,根据表征结果提出了改性后材料的抗氧化机理,并利用1700 ℃/4000 s循环氧乙块焰烧蚀试验验证了ZrC-HfC-TaC改性对提升循环氧化烧蚀性能的有效性。研究表明,经过ZrC-HfC-TaC改性的C/SiC复合材料具备优异的高温循环氧化烧蚀性能。     

模压压力对2D-Cf／SiC复合材料性能的影响

以聚碳硅烷、SiC微粉为原料，二维碳纤维织物为增强体，采用先驱体转化法制备了2D-Cf／SiC复合材料，考察了模压压力对2D-Cf／SiC复合材料常温力学性能的影响。结果表明，随着模压压力的增加，纤维体积分数明显提高，但材料的力学性能未能随之提高，主要原因在于随着压力增加，SiC微粉对碳纤维的损伤加剧。模压压力的增加导致纤维体积分数增加和纤维损伤的加剧，两方面的原因造成模压压力对材料的力学性能影响不大。有压成型比无压成型制得的材料的高温抗氧化性要好，主要原因是在0MPa压力下，材料基体更容易出现裂纹，从而使得高温条件下氧化气氛更容易对材料性能造成损害。     

HfB2/SiC as a protective coating for 2D Cf/SiC composites: Effect of high temperature oxidation on mechanical properties

In the field of thermal shielding for aerospace applications C_f/SiC composites are raising great interest, provided that they are protected from oxidation by suitable coatings. Conversely, ultra high temperature ceramics, and in particular HfB₂, are among the best oxidation resistant materials known. A coating made of a HfB₂/SiC composite (20% weight SiC) was tested as an oxidation protection on a C_f/SiC composite. The composite was produced by Polymer Impregnation Pyrolysis (PIP), which is a simple and low cost method; the coating was applied by painting a slurry on the surface of the composite and by heat treating. The thermal behaviour was studied by thermo-gravimetric analysis, and mechanical tests were conducted before and after oxidation. The HfB₂/SiC composite seems to effectively protect the underlying C_f/SiC composite, with a mechanical strength reduction of only 20% after 30 min at 1600 °C, even if some weight loss due to partial carbon fibre damage is observed. A first analysis of thermal cycling in oxidizing environment suggested that the HfB₂/SiC coating reduces continual damage thanks to the sealing effect of the glassy surface layer.     

(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织及性能

采用微波烧结制备了(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料,研究了不同体积分数(SiC+B4C)p(0%、5%、10%、15%、20 vol%)对复合材料组织及性能的影响。结果表明:(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织主要由α-Mg、SiC、B4C、Mg17Al12和少量MgO等组成。随着(SiC+B4C)p含量的增加,(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的相对密度减小,显微硬度增加,而抗压强度先增后降,当(SiC+B4C)p含量为15%时达到最大值。15%(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的显微硬度和抗压强度分别达到196.16 HV0.025和326.3 MPa,相对于未添加(SiC+B4C)p的AZ91D材料分别提高了145%和120%。随着(SiC+B4C)p含量的增加,复合材料的耐磨性先提高后降低,磨痕由清晰的犁沟形貌逐渐模糊,磨损机制由磨粒磨损转变为剥层磨损。     

Microstructure and oxidation resistance of Si–Mo–B coating for C/SiC coated carbon/carbon composites

A self-sealing Si–Mo–B oxidation resistance coating was prepared on C/SiC coated carbon/carbon (C/C) composites by slurry and high temperature treatment method. The oxidation resistance of the coating increases at 1173 K and first increases then decreases at 1873 K with the increase of B content from 0 to 20 wt.%. The C/SiC/gradient Si–Mo–B multilayer coating can protect C/C composite from oxidation for 100 h at 1173 K and 125 h at 1873 K. The good oxidation resistance of the coating in broad temperature range could be attributed to its good self-sealing property.     

骨架结构对SiC/Al双连续相复合材料的影响

用挤压铸造法制备了不同结构的SiC泡沫增强ZL109双连续相复合材料,研究了增强体骨架结构(筋的结构、泡沫孔和体积分数)对复合材料压缩性能和弯曲性能的影响。结果表明:SiC泡沫增强体的筋的结构影响了界面的结合,影响了材料的压缩性能;当筋具有三明治结构时,复合材料的强度最大;当筋具有双层结构时,复合材料的强度最低;随着SiC泡沫孔径的增大,复合材料的压缩强度、弹性模量和屈服强度都有所提高,材料的屈服应变减小,弯曲强度先升高后降低,弯曲强度在泡沫孔径为1.5 mm时达到最大值;复合材料的压缩强度随着增强体体积分数的增大而提高,屈服应变随着体积分数的增大而减小。     

ZrC-SiC-MoSi2涂覆C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料在氧乙炔焰下的烧蚀行为及机理(英文)

为进一步提高C/C复合材料在不同烧蚀环境下的烧蚀性能,采用浆料刷涂法在C/C-SiC-ZrC陶瓷基复合材料上制备Zr含量分别为34%和60%(质量分数)的ZrC-SiC-MoSi₂涂层,并且利用氧乙炔焰研究涂层C/C-SiC-ZrC复合材料在3种不同氧气及乙炔流量下的烧蚀行为。结果表明：随着Zr含量的增加,涂层内部的ZrC和SiC颗粒尺寸明显减小,且颗粒分布更加均匀。Zr含量为60%的涂层线烧蚀率随氧气和乙炔流量的增加而增加,而Zr含量为34%的涂层线烧蚀率随氧气和乙炔流量的增加,先增加后降低。此外,详细讨论ZrC-SiC-MoSi₂涂层在不同条件下的烧蚀机理。随着氧气和乙炔流量的增加,主要的烧蚀机制由氧化变为氧化和蒸发的结合作用,最后变为氧化、蒸发及剥蚀的结合作用。