SiC基复合材料的发展现状及其应用

SiC基复合材料的发展现状及其应用

SiC基复合材料的发展现状及其应用

制作人：杜文献 姜少燕 王丽芸

SiC基复合材料的发展现状及其应用

SiC基复合材料的发展现状及其应用1 2

SiC基复合材料的简介SiC基复合材料常用的制备方法 SiC基复合材料的应用4

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SiC基复合材料的发展现状及其应用

SiC基复合材料简介碳化硅作为一种具有优良特性的常用陶瓷材 料,其高温强度及抗热震性能良好, 密度低、硬度 高、耐磨损、热膨胀系数低及导热性好。,被认为 是继 碳—碳 复合材料之后发展起来的新型战略材 料,可大幅度提高现有武器装备和未来先进武器装 各性能。但是, 断裂韧性低在一定程度上限制了该 材料作为高温承力构件使用。向陶瓷材料中引入 连续纤维增强体是提高材料断裂韧性最有效的方 法之一。

SiC基复合材料的发展现状及其应用

纤维增强基SiC基复合材料近年来, 纤维增强陶瓷基复合材料( FRCMC) 由于具 有优良的性能在国内外引起了材料工作者的极大注意. 其 主要特点是: 当材料受载裂纹扩展时, 具有高强度、高模 量的纤维通过各种消耗能量的途径, 防止材料发生灾难性 的破坏,在一定程度上克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺 点; 同时保留了陶瓷基体的耐高温、低膨胀、热稳定性好 的特点。 纤维补强以其成本低廉及工艺简单而备受关注, 其增 强体可采用氧化铝纤维、硅酸铝纤维、碳化硅纤维、硼纤 维和碳纤维等, 尤为集中在碳纤维和碳化硅纤维方面. 但由 于这两者均存在高温氧化问题, 使其应用受到一定的限制. 而氧化物纤维则以其优良的高温抗氧化性能而成为最有前 途的补强复合材料用纤维。

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碳化硅基复合材料显微结构特点复合材料中纤维和基体的分布状态如图 1所示。从图 中可以看出, 碳纤维束 (黑色衬度区域 )和碳化硅纤维束 (右上角圆形的灰色衬度区域 )并行排列, 纤维束旁 (左边 ) 是纤维束间基体聚集区域。这种结构的形成主要由纤维编 织体中纤维的排布形式决定。纤维编织过程中碳纤维和碳 化硅纤维合股成一束进行编织。编织体中纤维束交叉处将 形成较大的孔隙结构。在 PIP致密化过程中第 1次循环采 用含纳米 SiC浆料浸渍时, 将交叉处的孔隙填充, 形成基体 聚集区。

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图 3、4分别给出了抛光面上碳化硅纤维和碳纤维聚集区 域的显微结构照片。可以看出, 在纤维束内存在部分气孔, 尤 其在碳纤维束内。由于纤维堆积比较紧密 (采用的碳纤维每 束的单丝纤维数量更多 ), PIP循环过程中无论是浆料还是 PCS溶液都难以完全浸渍到每个部位, 使得在纤维束内留下 气孔。对比发现,在图 1、2中的基体区域, 几乎看不到明显的 大气孔, 只有裂解时收缩产生的微裂纹在随后的 PIP过程中 被填充, 形成条

状的基体。

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纤维增强陶瓷基复合材料常用的制备方法包括化学气相沉积法 ( CVI)、有机前驱体浸渍裂解法 ( PIP)、热压烧结法 ( HP)、反应烧结法 ( RS)以及上述方 法组成的复合方法 其中 CVI 法是常用的方法，用 CVI 制 备的材料具有密度低，均匀性较差等特点，于是发展了 FCVI 法，FCVI 是一种较新的工艺，它具有得到的材料纯 度较高，孔隙率降低等特点。材料所处的环境制约着其自 身的性能，SiC 基复合材料有望在航空、航天、宇宙等环 境下应用，因此，对 SiCf/SiC 性能的研究最近几年主要 集中在 SiC 基复合材料的抗辐射性能，弯曲和断裂韧性， 疲劳性能。

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采用先驱体液相浸渍工艺制备的复 合材料的断裂是典型的分层断裂; 而采用 热压工艺制备的复合材料则是明显的脆 断, 说明采用热压工艺的复合材料的层间 结合比采用先驱体液相浸渍工艺的复合 材料的层间结合强, 这种强结合导致复合 材料基体断裂时纤维也随之断裂, 材料性 能明显受制于基体的强度。

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PIP 法的优点是可制备具有任何形 状的复合材料, 并且可以获得优良的性能。 其主要工艺过程是以纤维预制体为骨架, 真空条件下排出纤维预制体中的空气, 采 用溶液或熔融的有机聚合物前驱体与陶 瓷粉体配成的浆料浸渍, 在惰性气体保护 下进行交联固化( 或晒干 ), 然后在惰性 气氛中进行高温裂解; 重复浸渍 (交联 ) 裂解过程, 使材料致密化。

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制备纤维增强碳化硅基复合材料1 、原料 增强体主要为 H-i Nicalon 纤维, 其主要 性能为:拉伸强度 2 800 MPa, 模量 300 GPa, 密度 2. 5 g/ cm3,直径 14 Lm; 先驱体 聚碳硅烷( PCS) 由本校纤维研究室提供, 色 泽淡黄, 软化点为 170e~ 180e, 陶瓷产率约 65%; SiC 微粉粒度< 1 。

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2、实验过程 首先, 将 SiC 微粉、PCS 和二甲苯以一定比例混合, 在 玛瑙罐中球磨 24 h; 取出浆料倒入浸渍槽中,再将H-i Nicalon 纤维穿过浸渍槽, 以固定的速率缠绕成无纬布, 待浆料干燥后 取下裁成 35 *30 mm大小, 叠层后以 175e, 15 MPa 的条件 在金属模具中热模压成型制得复合材 …… 此处隐藏：1332字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……