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连续纤维增强SiCfSiC陶瓷复合材料的发展.pdf

连续纤维增强SiCfSiC陶瓷复合材料的发展.pdf

上传者: lcyo 2013-01-31 评分1 评论0 下载0 收藏10 阅读量230 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《连续纤维增强SiCfSiC陶瓷复合材料的发展pdf》,可适用于个人文书领域,主题内容包含连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展/邬世钦等连续纤维增强sicf/sic陶瓷复合材料的发展”郊世钦张长瑞周新贵曹英斌(国防科技大学航天与符等。

连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展/邬世钦等连续纤维增强sicf/sic陶瓷复合材料的发展”郊世钦张长瑞周新贵曹英斌(国防科技大学航天与材料工程学院国防科技重点实验室长沙)摘要连续歼堆增强s虻{/slc陶茕基蔓合材料具有良好的高温力学性能、抗氧化性和化学稳定性是航空航天和核能等领域新的高温结构材料研究的热点之一。回顾了增强体连续sic纤堆的发展综述了SiCf/siC材料的成型制备工艺、界面相对力学性能的彰响和目前的应用研究展望了连续纤维增强slcf/SiC陶瓷基复合材料以后的研究重点厦发展前蒂关键调陶瓷基复台材料碳化硅纤维磺化硅陶瓷中田分类号:TBDevelopmentofSiCf/SiCContinuousFiberReinforcedCeramicMatrixCOmpositesZOUShiqinZHANGChangruiZHoUXinguiCAOYingbin(KeyLaboratoryofNationalDefenceTechnologyColl。geo{Atrpace&MaterialsEngineeringNatIonalUnlversityofDefenceTechrlologyCha“gsha.China)AbsIractSiCf/SICcontmu。usfjberreinfof钟dceramicmatrIxcomposi亡esanoucs阻ndj“ghighfenlperaturestrucnlreceram记isappliedlnadVancedaeroenginesaerospaceplaneatomicenge‘ygeneratoretc.ThispapergivesareviewofthebitoryofsiIiconcarbidefiberthepreparationofsicf/sicpartstheinnuencesofaninterphaseonthemecha咄alpropertiesandtheapplicationofSiCf/SiCcontinuousfiberreinforcedceramicmatrixcomposites.Problemstoksvedbyfurtherresearcheffortsarealsobrienydiscussed.Keywordsceramicmatrixcomposnesiliconcarbideflbersil垃oncarbideceramic前言sic纤维的发展在航空、航天和原子能等领域对结构材料的性能尤其是高温性能提出r越来越高的要求。如航空发动机的热效率主要取决于涡轮前的进口温度当发动机的推重比为时。涡轮前进口温度达c传统的高温合金或金属间化合物都已经无法满足要求材料研究者把目光转向了陶瓷材料轻质高性能复合陶瓷成为了研究的热点连续纤维增强Sicf/sic陶瓷复台材料由于其优良的耐高温、高强度、高韧性、抗腐蚀和抗氧化性能是最有希望在这些领域的关键部件取得应用的材料。sc陶瓷具有良好的高温强度、高温稳定性和高温抗氧化能力但由于其分子结构的键合特点缺乏塑性变形能力表现为脆性严重影响了其作为结构材料的应用。用sic纤维增强sic陶瓷材料在断裂过程中通过裂纹偏转、纤维断裂和纤维拔出等机理吸收能量既增强了材料的强度和韧性叉保持了sic陶瓷最好的高温性能可以得到高性能的高温结构陶瓷。许多国家开展了连续sic纤维增强Sic应用于高温热结构部件的研究。并且取得了丰硕的成果。sic纤维是发展sicf/sic材料的关键与炭纤维、氧化物纤维相比siC耋于维在抗拉强度、抗蠕变性能、抗氧化性能以及与陶瓷基体的相容性能等方面有更优良的性能。sic星于维的制各工艺主要有四种:cvD法、聚台物先驱体转化法、活性炭纤维转化法和超微粉体挤压法。.cVD法cV》sic纤维是通过小分子烷基氯化硅烷类化台物(如三氯甲基硅烷(MTs))气体与氧气及氨气混合在一定的温度下发生化学反应生成sic微晶沉积在w或炭纤维上再经高温热处理而成口t。cvD工艺制备的Sic纤维纯度和致密度高抗拉强度、抗蠕变性能和高温性能好但cvDsic纤维直径太粗(pm以上)不能编织且制备周期长.成本极高.无法实现大批量生产。.先驱体转化法先驱体转化法制备连续sic纤维是年由日本矢岛教授等人发明日本碳公司于世纪年代初开始工业化生产并以商品名。Nicalon”销售。其生产过程主要为:以有机硅化合*基金项目:国家“B”前沿探索研究项目基盎资助()国防预研基金资助项日()邹世钦:年生男博士研充生从事陶瓷基复合材料的研究万方数据材料导报年月第卷第期物二.甲基二氯硅烷为原料在有机溶剂中与金属钠反应脱氯生成聚二甲基硅烷聚二甲基硅烷在。c以上发生重排反应生成聚碳硅烷将聚碳硅烷在。c下熔融抽丝所得丝在空气中加热到。c使表面氧化但不融化然后在氨气保护下于~。c温度范围烧结聚碳硅烷分解得到sC纤维oq。聚碳硅烷裂解制备的sic纤维富碳含氧不利于提高纤维的性能为降低碳、氧含量先后又出现了等离子体源不熔化法、紫外光照射交联法、化学气相不熔化法、No:及Bcla气体不熔化法和电子辐照不熔化法等改良工艺“电于辐照不熔化法已由日本碳公司实现工业化并推出“HiNcalon”纤维。先驱体转化法制备的sic纤维比cVDSic纤维成本低、生产效率高、可以编织、更适于工业化生产许多国家开展了这方面的研究t日本、美国、德国等处于领先地位。在国内国防科技大学成功研制出了高性能连续sic纤维。先驱体转化Sic纤维尽管比cVD法的成本低但还是极为昂贵制备工艺也非常繁杂。.活性炭纤维转化法通过气态sO与活性炭纤维反应转化生成sic纤维大大地降低了制备成本。活性炭纤维由纤维素、酚醛、聚丙烯臆和木质索等纤维经过活化处理制备在一定真空度下于zoo~。cSjo与活性炭纤维反应生成sic再在氯气保护下于。c处理后得到sic纤维n。.超微粉体挤压纺缝法超徽粉体掺混纺丝法是制备连续Sic纤维的经典方法通过将超徽Sic粉、粘结荆和烧结助剂等混合后挤压纺丝高温烧结而成。如英国IcI公司采用sc微粉(o.~.o")以PVAc作粘结剂.加入B、Al。Oa等烧结助荆混合纺丝后高温烧结制得sic纤维.其强度为.GPa。Si也可以用作烧结助剂.并能降低烧结温度到s。这几种制备连续sic纤维的工艺成本差别很大性能也有很大不同其性能比较如表所示。寰种工艺制鲁的sIc纤箍性麓比较m”强度模量密度直径制备工艺纤维fGa/GPa/gcmq“lIlCVDSCS一..O先驱体转化NI.O.炭纤维转化.O.粉体纺丝.材料成型工艺连续纤维增强脚瓷基复合材料的制备工艺分为:泥浆浸渗和混合工艺}化学合成工艺(溶胶一凝胶及聚合榜先驱体工艺等)熔融漫渗工艺I原位(InSitu)化学反应(cVD、cvI、反应烧结等)等几类。Sic没有熔点低温稳定相为立方}sic高温稳定相为asic在。c时发生缓慢相转变.在atm时于土发生分解因此熔融漫渗工艺不适于siC复合啕瓷的制备。连续纤维增强sicf/sic的制备工艺主要有如下几种。.化学气相渗透(cVI)cvI工艺是制备陶瓷材料最常用的工艺之一它是通过小分子化合物气相反应生成无机分子在构件内部沉积而制备陶瓷材料的工艺。当无机分子大部分沉积在构件表面时称为化学气相沉积(cVD)工艺cVD工艺一般用来制备陶瓷涂层。连续纤维增强sicf/sic的cVI工艺制备通常以三氯甲基硅烷(MTs)、四甲基硅烷、四氯化硅甲烷等为原料(TMs)Hz为载气Ar为稀释/保护气体在高温沉积而成。叫。以MTs为原料制备sic陶瓷基体时沉积温度一般在oo口c以下控制沉积速度可以得到致密度达到%的sic纤维增强sic陶瓷。Y.D.xu等以MTs为原料H为载气于。c、~kpa下用cVI工艺制备了三维编织Nicalon增强sic其。c弯曲强度达到.GPa口。cVI工艺不易损伤sic纤维制备的材料性能较好可以制备复杂形状的构件但随着渗透的进行孔隙变小渗透速度必然变慢cVI工艺的制备周期长.成本高。为提高生产效率和降低成本可以将CVI工艺和PIP、Rs和泥浆浸渗/烧结等工艺结合使用口。.先驱体浸渍裂解(PIP)PIP工艺是通过将Si的有机高聚物溶液或熔融体提渍sic纤维预制件干燥固化后在惰性气氛保护下高温裂解si的有机高聚物.得到siC基体。sic的聚合物先驱体有:聚碳硅烷(Pcs)聚甲基硅烷(PMs)聚烯丙羟基碳硅烷(AHPcs)、氢化聚碳硅烷(HPcs)等。叫“。这些聚合物先驱体的陶瓷化产率为wt“左右由于转变过程中要失去小分于体积收缩因此需要循环多次才能致密化一般反复浸溃一裂解在次以上D。卜】。为了提高基体的致密度和改善微观结构与性能在传统热裂解的基础上又发展了电于束辐照裂解、微波加热裂解等工艺o“。PIP工艺能制备任何复杂形状的构件。这在陶瓷成型工艺中是最难得的但是原料的制备工艺复杂.制备周期长成本高。KotarIi等通过将PIP工艺和反应烧结工艺联用制备了Tyra舶。一SAⅢ/siC复台材料。.泥浆浸渗/烧结泥浆浸渗/烧结是低成车的制备工艺。制备过程同纤维增强聚合物材料的相似将s|c、烧缝助荆粉末和有机粘结荆用溶剂制成泥浆t攫溃Sic纤维或Sic布卷绕切片叠片模压成型后热压烧结。这种工艺适于制备单向或叠层多向板形构件缺蹈少致密度高但对于制备复杂形状构件有困难。常用的烧结助荆有TiB、Tic、B、风c等sic的烧结温度在以上。由于需要加入烧结助荆在高温高压下烧结会对sic纤维造成损伤影响材料性能~州。.反应烧结(R咖Ii仰僦stering)反应烧结通过sic反应完成“堋。有研究表明si和c在。c反应便有Sic生成o“但是通常制备反应的温度在Si的熔点。c阻上si以液相或气相状态与c反应最终材料中可能会有少量未与c反应的自由硅。如s.P.Lee等通过加压将sic与c粉末压入TyannosAsic纤维编织体于烧结ks得到sic纤维增强sic材料其弯曲强度达到.MPa口“。Vbgli等将橡术加工成所要的形状后在惰性气体保护下Dc碳化随后在。c以上真空渗si或si(si/万方数据连续纤维增强SiCf/SiC陶瓷复合材料的发展/邹世钦等’’一一一一siO:)得到csi/sic复合材料室温弯曲强度MPa。c弯曲强度MPao“”o。界匿相的发展界面帽对纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能起着极为重要的作用界面相的特征决定了增强纤维与基体间相互作用的强弱决定r增韧效果的优劣。为了改善连续纤维增强sicf/Sic复合材料的力学性能近年来发展了Pyc、BN、(Pyc/slc)n等界面层并且在增韧机理的探索上也有新的进展。I{mok等分别在作过表面涂层cVDslc处理、低氧分压热处理和没有处理的种sc纤维表层裂解c涂层后制备了slcf/c/slc预处理后的sic纤维与界面间是强牯接作用具有较高的界面剪切强度.所制备的材料有更好的力学性能o“。Reblllat等以BR、NHa为原料.在Ar气氛下控制工艺条件在sic纤维表面制备了强纤维/界面相粘接BN涂层和弱纤维/界面相粘接BN涂层并制备了高性能的强纤维/界面相粘接BN涂层sicf/BN/sic复台材料胁’”q“。Bertfand等分别以c:H和cHsicl。为原料通过PPcVD工艺在sic纤维表面制备了微米结构和纳米结构的(Pyc/Sic)n涂层两种结构的界面涂层均能有效地增强材料韧性o。在这三种界面层中BN和(Pyc/Sic)n有良好的抗氧化功能而Pyc层的应用在氧化性环境中易被氧化。传统的裂纹成长和增韧机理认为.在连续纤维增强陶瓷基复合材料中纤维/界面相脱粘先于裂纹偏转弱的纤维/界面相粘接作用有利于裂纹在界面层内的偏转而增强材料韧性o“。但在sIc纤维经过表面涂层处理的sicf/Sic材料中强noki等认为纤维与界面相的粘接作用强时更有利于裂纹的偏转成长增强材料韧性(图)嘶““。纤维经过表面涂层处理增加界面层后.强的纤维/界面相粘接不易脱粘裂纹在界面相内分散成长.增加耗能机制因而更好地增强材料韧性。曩朋嘲囊吐扩荆啉晡嚏瞄妒晨田强纤维/界面相粘接(日)与弱纤维/界面相帖接(b)‘”应用研究进展目前发展连续纤维增强Sicf/Sic陶瓷复合材料主要用于航空、航天发动机热结构部件、核能反应堆壁等部位。因为连续纤维增强sicf/sjc良好的高温力学性能、低化学溅蚀性能、高的氧吸收能力和低活性因此被提出用于核聚反应装置Barbera等将SEP生产的含o.prnPyc界面层、表面涂有cVnsic的NicalonCGⅧ增强SiC复合材料CERAsEPN一于。C分别置于Li。siO。和Ll。Tios中检验其稳定性接触时间达h时Ll。slo。中的材料力学性能几乎没有影响L。Ttos中的材料力学性能有所降低哪!。Nishio等也对sicf/slc作为结构材料用于国际热核实验反应装置作了评估认为从建造费用、安全性和可维护性等方面都能满足要求’州。在汽车发动机方面一个由美国SlarTIrbInes公司牵头的小组成功地制造r使用连续纤维增强slcf/sic作为燃烧室衬里的发动机在h的试验运转中其排出尾气的NOx、cO比普通发动机的低田。在航天方面日本试验空问飞机HOPEx的平面翼板及前沿曲面翼板等热保护系统(TPs)试验了连续纤维增强slcf/Sic材料其力学性能和热保护性能都取得了良好的结果o“}在航空发动机方面sicf/Sic材料是更大幅度提高推重比的希望所在日本先进材料航空发动机(AMG)燃烧室的衬里(图)、喷嘴挡板、叶盘等均采用cVIPIP联用工艺生产的sicf/sic材料o“。随着研究的深入.sicf/siC材料将在一些尖端技术领域有着广泛的应用。圉AMG的sicf/sic的燃烧宣衬里Ⅲ总体来说.连续纤维增强sicf/sic还处于应用研究阶段已有构件成功遥过应用试验但是没有见到批量生产的报道离产业化应用还有距离。在可编织sic纤维的发展方面日本早已实现了产业化但其对中国是实行禁运的.国内Sic纤维的研制已经取得了成功这方面的差距正在缩小}在连续纤维增强SiCf/siC材料的发展方面.国外已有成功的构件应用国内在这方面的工作做得还很少仅开展了一些材料的制备及性能方面的研究这方面的差距还比较大有待我们的努力。展望虽然目前已经有许多国家开展了连续纤维增强scf/Sic材料的研究已有构件成功地应用于一些领域的报道但是其离广泛应用还有一定距离尤其在以下几个方面还有很多的工作要做。)可用于编织的sic纤维制备工艺复杂、价格昂贵严重限制了其应用领域的拓展必须发展生产成本更低的制备工艺)复合材料的制备工艺成本高、生产周期长、性能不稳定需要发展更好制备工艺降低制备成奉提高材料性能}万方数据材料导报年月第卷第期一一)连续纤维增强陶瓷基复合材料的性能评价体系与构件质量控制体系还需要进一步完善)加强应用研究和计算机辅助设计的研究提高构件制造的成功率加强和传统材料构件和连续纤维增强Sic{/sic材料结合使用的研究.既提高构件性能叉不会大幅度提高构件成本slcf/slc复合材料将会得到非常广泛的应用。参考文献薛金根龙剑峰等.台成纤维工业():l郑敏张蓬洲.材料工程()范小林宋永才等.宇航材料工艺():刘军冯春祥等.现代化工():习玉强何巨龙等.长春光学精密机械学院学报():AdvcompositeMater.():XuYo“gdo“gChe“gLai{eieta.Ceramicshternational:Nasla试RRP“llerR.etd.SolidstateIonic:BahloulDH.KeyE“gMater£Kola”LELewi$NCenmEflg&SeiProc(B)l}{che“gHTaiNHUuCSCompite:partAlFreimuthH.He$sdVet吐.JAmCef目mSocGononMFHBmpbireSJEwCeramSoc:JonesRt吼wedaApetrBkD.Compite:PaftAsum。toMMoritYeta.KeyETlgMaterKotaniMKohyamaAKatohY.JNudearMaterlKlostermanDCharto“RetaICeramE“g&SciProc(B):AngeloviclMMB‘yaⅡtRGeta.MaterLett:ZhouXngulZhangChangruieta.JMaterSclLett:BrennanJJActaMater:EurPat.lEurPat.zVogltEMuker豇Jeta.JAmCeramSoc():LeeSpKotohY.eta.JNuclearMater:zShin【b“gwooParkSamshiketalJAmCeramSoc:HinokiTYangWetalJNucle盯Mater.:ncquesS.MrureALeta.JEurCeramsoc:RebmatFLam。nJGuetteA.ActaMater:RebillatFGuetteABrosseCR.ActaMater:GuoSKagawaYJEurCermSoct:MorcherGNCawleyJDJEurCeramSoc.z:Bert坤ndSDroillrdCeta.JEurCeramSoc.:LacroixCLeguiI王onDMartlnE.ComposSci&Tech:&rkfaA.LRiccardiBeta.JNuclearMater:NishIosuedaSela.FusionE“g.DeslgnluedaSNishioSeta.FusionE“g.&Delgn:KimrnelJ.MirriyalaNeta.JEur&ramSc:ImutaM(btohJKeyEngMater:ohnabeHMaakiSeta.Compite:PartA(责任螭辑张明)pP、一p妒p妒qq、*P矿q’qp、d、d‘¥十qpq、一’q’、p、一PqpⅥp、“^q’qphp~d、d、一pqpq、p、h十qp一pppqp、p(上接第页)PaIllTwoodwillianTPenni“gtonJosephwKolis.JAmDwilinskiR.BrBnowskiJMKBminkaM.ActBPhysicaChemsoc:PlonicaA()lPaul丁WoodwillinTPenningtonJosephWKolls.InorgPommIerCChhorKBouetJFeta.MaterResBunChem:z:DinnaMYou“gG’geLschimekJoBePhwKolisInorgchhorKB。cquetJFPommier.MaterChemPhysChem':zMarkuMHoffmannM盯kSConradi.JPh”ChemBYuklyaHakuta.TBdafumiAdschir.ToshiyukiSuzukieta.:JAmCeramSocl():LuChungHsmLoShihYenW蚰gYuehLu'MaterLetttSmith扛R己.Atma#Petaj.JS“percriticaJFluid:l:王少芬魏建谟.应用化学如():GounnchascourtecuiseVBocquetJFChhorKeta.JFukuhimaYWaka”眦H.JPhysChemB:Su口ercrltlcalFluids{PaulTwdWlllianThnnington.JosephWKolis.InorgHiro州kiOhde.MarikoOhdeFrankllnBaileyeta.NanoChem:Letters():JanlesEJeronlePaulTwdw订ianTPennington.Inorg魏伟孙于罕钟炳.燃料化学学报(增刊):chem:(责任蝙辑张明)i万方数据连续纤维增强SiCfSiC陶瓷复合材料的发展作者:邹世钦张长瑞周新贵曹英斌作者单位:国防科技大学航天与材料工程学院国防科技重点实验室,长沙,刊名:材料导报英文刊名:MATERIALSREVIEW年卷(期):()引用次数:次参考文献(条)薛金根龙剑峰查看详情()郑敏张蓬洲CVD法SiC纤维的表面形貌及断口特征期刊论文材料工程()范小林宋永才查看详情()刘军冯春祥宋永才薛金根先驱体转化法制备碳化硅纤维期刊论文现代化工()刁玉强何巨龙于栋利田永君李东春Si对碳化硅纤维烧结性能的影响期刊论文长春光学精密机械学院()查看详情()XuYongdongChengLaifei查看详情NaslainRRPaillerR查看详情BahloulDH查看详情KolayaLELewisN查看详情()HochengHTaiNHLiuCS查看详情FreimuthHHesselV查看详情GononMFHampshireS查看详情JonesRSzwedaAPetrakD查看详情SugimotoMMoritaY查看详情KotaniMKohyamaAKatohY查看详情KlostermanDChartoffR查看详情()AngeloviciMMBryantRG查看详情ZhouXinguiZhangChangrui查看详情BrennanJJ查看详情查看详情查看详情VogliEMukerjiJ查看详情()LeeSPKotohY查看详情ShinDongwooParkSamshik查看详情HinokiTYangW查看详情JacquesSMarureAL查看详情RebillatFLamonJGuetteA查看详情RebillatFGuetteABrosseCR查看详情GuoSKagawaY查看详情MorscherGNCawleyJD查看详情BertrandSDroillardC查看详情LacroixCLeguillonDMartinE查看详情BarberaALRiccardiB查看详情NishioSUedaS查看详情UedaSNishioS查看详情KimmelJMirriyalaN查看详情ImutaMGotohJ查看详情OhnabeHMasakiS查看详情相似文献(条)期刊论文李世波徐永东张立同碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料的研究进展材料导报,()对碳化硅纤维(SiCf)增强陶瓷基复合材料(CMCs)的研究现状与进展作了较系统的论述讨论了SiCf增强CMCs的界面层作用,热膨胀系数不匹配对材料的影响,高温抗蠕变抗疲劳性能以及抗氧化性能等最后指出了SiCf增强CMCs作为高温结构陶瓷材料的研究方向以及尚等解决的问题学位论文李思维纤维增韧自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的高温模拟环境微结构演变航空航天事业的迅速发展迫切需要低密度、高强度、高模量、高韧性和耐高温的连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(CMCSiC)。然而目前的CMCSiC材料还不能满足高推重比航空发动机热端部件的长时间(上千小时)服役要求必须进一步改善其抗氧化性能发展具有自愈合功能的碳化硅陶瓷基复合材料(CMCMS)。CMCMS材料的抗氧化寿命主要受纤维、基体、纤维基体界面相和涂层的成分及微结构影响因此必须深入研究用于CMCMS材料的HiNicalon纤维、自制含铝碳化硅纤维、自愈合基体及自愈合涂层的微结构及其随处理温度和环境的变化规律从而指导材料设计和工艺改进。本文以CMCMS材料为研究对象通过微结构评价和表征系统深入地研究了HiNicalon纤维在高温模拟环境处理后的微结构演变及力学性能评价了纤维的失效过程探索了自制含铝碳化硅纤维中铝元素的存在位置和状态明确了铝在纤维结构形成过程中的重要作用揭示了CVDBC陶瓷涂层及其热处理后的微结构特征研究了CVDBC陶瓷改性后的自愈合涂层和自愈合基体在环境处理后的微结构特征解释了CVDBC陶瓷的自愈合机制评价了环境处理后改性CMCMS材料的自愈合情况和微结构演变。为CMCMS的材料设计与工艺改进提供了依据。主要研究内容与结果如下:、对水氧耦合环境中处理小时的HiNicalon纤维进行了残余强度测试和显微结构的表征。结果表明:纯惰性气氛中高温处理后纤维强度下降水氧耦环境处理后纤维残余强度先升高后降低。与惰性气氛环境相比水氧环境使纤维发生惰性氧化氧化后钝化层生成、气孔愈合、厚度增加、及均匀析晶对保持强度有重要作用。在纤维结构完整的情况下晶粒粗化对强度的不利影响在各种因素的综合作用下被淹没。、研究了自制掺杂Al元素的连续SiC纤维中Al的作用、状态和存在位置。结果包括:()利用TEM观察结合像模拟技术研究了AlSiC纤维的晶体特征并观察了立方SiC晶粒中的孪晶结构和析出六方结构。()Al作为烧结助剂对改善纤维结构致密度控制晶粒长大的作用十分明显。但其作用受交联时间、烧结温度、和晶粒尺寸等因素的影响。()含Al相以AlOC、AlSiC等形式存在于SiC晶粒或晶粒团之间。最终建立了AlSiC纤维的结构模型。、研究了不同工艺制备的CVDBC陶瓷涂层微结构组成及其氧化处理后的微结构演变。结果表明:()BC陶瓷涂层主要分为晶态和非晶态BC陶瓷涂层。()高温处理后非晶BC陶瓷向晶态的BC相转变且晶化程度随热处理温度升高而提高。整个晶化过程受C、B元素扩散控制导致两BC层界面处BC晶体含量最高并沿低能面外延生长使涂层间结合更强。()直接面对水氧环境时CVDBC层因氧化和快速挥发而失去对材料的保护。对于SiCBCSiC涂层低温时BC陶瓷层的氧化主要受氧化气体(OHO)穿过表面SiC层的制备缺陷以及热处理过程中生成的裂纹控制。中温时表层SiC层已经开始部分氧化为SiO而BC层的氧化仍受氧化气体通过缺陷氧化BC层控制。BO和SiO形成硼硅酸盐玻璃(BOXSiO)。高温时表层SiC氧化反应速度加快缺陷处BC陶瓷层也因氧化而发生快速的体积膨胀。另外表层SiC被大量氧化后HO有机会通过SiO直接到达BC层氧化由HO透过SiO层导致BC涂层的全面氧化所控制。解释了SiCBCSiC涂层在水氧耦合环境不同温度中具有良好的抗氧化能力的微结构本质。、研究了BC陶瓷涂层自愈合改性和基体改性复合材料在氧化环境中处理后的微结构和性能演变观察了微裂纹的扩散途径和材料缺陷的氧化愈合。结果表明:()多种相及相间界面的存在使得两种改性复合材料中的微裂纹皆存在多种扩展模式复合材料纤维束间的结构在一维尺度上存在着连续的弱结合点。()热解碳(PyC)相和C纤维在高温热处理后趋于形成取向一致的共格结构形成了强界面结合有效促进了界面相内裂纹偏转。()涂层改性材料低温处理后基体缺少愈合组元但高温处理后的多种微缺陷都靠SiO的生成和缓慢流动实现了有效的愈合。对大尺寸的制备缺陷目前的材料还难于被流动层填封。()基体改性材料的BC陶瓷层氧化后可使材料基体微缺陷有效愈合。在测试温度和时间内低温下的愈合由BO的流动实现中高温的愈合则有SiO和硼硅酸盐玻璃(BOXSiO)参与。期刊论文王新鹏田莳WANGXinpengTIANShi碳化硅纤维增强磷酸铝基复合材料的制备和性能研究功能材料,()采用不同的磷酸铝盐基体制备了单向碳化硅纤维增强磷酸铝基复合材料,对其力学性能进行了对比,结果表明:基体对复合材料的力学性能和微观结构有极大的影响,磷酸铝基体随温度的升高脱水、相变残留下一定的气孔,填料的加入可以提高复合材料的整体力学性能采用磷酸二氢铝基体、αAlO填料制备的复合材料具有最好的性能,其弯曲强度为MPa、弯曲弹性模量为GPa,并通过扫描电镜对材料的微观结构形貌进行了分析研究学位论文夏攀国产SiC连续纤维增韧玻璃陶瓷基复合材料的研究期刊论文邹世钦张长瑞周新贵曹英斌SiCfSiC陶瓷复合材料的研究进展高技术通讯,()SiCfSiC陶瓷复合材料具有良好的力学性能、高温抗氧化性和化学稳定性,是航空航天和原子能等领域理想的新一代高温结构材料本文概述了增强体SiCf的发展状况及存在的问题,对SiCfSiC材料的制备工艺、界面相的研究状态、材料的损伤破坏机理和目前的应用研究进展做了综述,并分析了SiCfSiC陶瓷复合材料的研究重点和发展前景学位论文朱云洲连续碳化硅纤维增强玻璃基复合材料的研究通过高性能连续碳化硅纤维与玻璃以及陶瓷等脆性基体进行复合已成为对其进行增强增韧的重要途径该研究通过泥浆法制备连续碳化硅纤维增强玻璃基复合材料,通过定量金相分析、SEM、能谱分析等方法对材料的制备工艺进行了系统的研究在预浸胶材料的制备过程中,选择无水乙醇和水作为溶剂,加入不同质量百分数的玻璃粉和羧甲基纤维素配成泥浆结果表明:挥发性较佳的无水乙醇的加入,可以实现预浸胶材料在室温下的快速干燥,使纤维得到快速的定型,防止在缓慢干燥过程中在自身重力作用下的沉积作用而造成纤维分散的不均匀当用无水乙醇和水按:的质量比配成溶剂,加入质量的羧甲基纤维素作为粘结剂和质量的玻璃粉配成的泥浆可以在纤维表面自由铺展,通过使纤维束在泥浆中上下反复振动的分散方式,可以使纤维束在其中均匀的分散开,制得均匀的预浸胶材料,且纤维的含量可以通过泥浆的浓度方便的调节干燥好的预浸胶材料通过在下,加压Mpa,保压min可制得宏观气孔率低于的复合材料在热压过程中,由于基体与纤维之间存在元素浓度梯度而发生元素的相互迁移,从而在纤维与基体之间形成一层过渡层,其中的元素构成既不同于纤维又有别于基体,元素的分布存在梯度上述研究结果对以后的连续纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的理论和应用研究有一定的指导意义期刊论文王志刚WANGZhigang单向碳化硅短纤维增强玻璃陶瓷材料弯曲断裂行为的研究热加工工艺()制备了单向短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷的复合材料研究了复合材料的弯曲断裂行为,以及相关的增强机制结果表明,短碳化硅纤维可以有效提高玻璃陶瓷的断裂强度,纤维体积分数为时,沿纤维方向的平均弯曲断裂强度是基体材料的倍短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的弯曲应力挠度曲线、以及断裂行为具有与长纤维复合材料类似的特征,其断裂方式为非灾难性断裂单向短碳化硅纤维增强玻璃陶瓷基复合材料的主要增强机制为纤维脱粘、纤维滑移、纤维桥接、纤维断裂与纤维拔出期刊论文王艳艳张立同唐学原冯祖德WANGYanyanZHANGLitongTANGXueyuanFENGZude退火温度对HiNicalonSiC纤维微观结构及力学性能的影响硅酸盐学报,()HiNicalon碳化硅纤维是一种作为高温下应用的陶瓷基复合材料的增强体研究温度对HiNicalon碳化硅纤维微观结构及力学性能的影响对于HiNicalon碳化硅纤维的改进和应用具有重要意义在氩气流的保护下,HiNicalon碳化硅纤维分别在,和保温h进行了退火处理然后利用高分辨透射电子显微镜和X射线衍射分析方法对其经不同温度退火处理后纤维的微观结构进行表征,并用电子单纤维强力机测定其拉伸强度研究结果表明:随着退火温度的升高,βSiC晶粒不断长大堆垛层错不断形成游离碳堆垛层数和长度都随之增加,排列也趋于规整拉伸强度也随着退火温度的升高而降低,经保温h退火处理后的纤维的平均强度下降到了GPa学位论文赵大方SA型碳化硅纤维的连续化技术研究先驱体法制备的SiC纤维是高性能陶瓷基复合材料(CMC)的关键增强材料。随着航空航天事业的发展要求用于CMC的增强纤维具有优异的高温性能。通过在先驱体中引入铝元素烧结制备的近化学计量比SA型SiC纤维具有耐超高温特性将在高技术复合材料领域发挥重要作用。本文对SA型SiC纤维的连续制备工艺进行了全面分析重点对先驱体PACS的合成、高温烧结中存在问题和各个工艺之间的相互关系进行了系统研究。揭示了PACS主要合成机理在此基础上改进了合成工艺提高PACS中铝引入的稳定性。在研究了先驱体纤维组成和连续烧结过程对纤维烧结影响的基础上设计了新的连续烧结工艺可避免纤维在烧结过程中发生晶粒粗化提高了SA型SiC纤维连续化制备过程的稳定性。采用FTIR、HNMR和UVVis等手段对PSCS和Al(AcAc)的反应过程进行实时跟踪发现合成过程三个阶段的主要反应:在RT的第阶段主要发生PSCS裂解重排和扩链反应SiSiSi链转变为SiCSi链并生成SiH键在~的第II阶段主要是PSCS的SiH键与Al(AcAc)之间的反应在以上的第III阶段主要发生分子间缩合反应由于Al(AcAc)的多官能团交联作用这一阶段分子量和支化度急剧增加。在以上研究基础上解决了反应过程中铝含量波动的问题并缩短了合成时间。研究表明延长反应时间可减少铝的损失并提高Mn而延长第I阶段反应时间最为有利据此调整合成升温制度并稳定精制工艺后实现了PACS铝含量的可控性。针对合成时间过长不利于实际生产的问题在裂解柱中填充填料来促进裂解重排和扩链反应使整个合成时间缩短了近一半。并且由此合成的PACS的SiSiSi链含量更低Mn更大分子量分布更窄。对PACS的流变性研究表明PACS熔体是假塑性流体。当软化点在~时PACS的粘流活化能为~kJmol。PACS的粘度在Pas左右时可纺性好。随着铝含量增加PACS粘度增大导致纺丝温度过高可纺性变差。采用PCS与PACS共混提高了可纺性同时保持PACS的高分子量部分纺出纤维的平均直径可从μm左右下降到μm左右。PACS纤维的预氧化是整个制备过程中的重要步骤。纤维中由此引入的氧具有多重作用既使纤维交联确保下一步高温烧结时不并丝又会在高温下带走纤维中富余碳使SA型SiC纤维达到近化学计量比。但研究表明纤维中氧含量过高将造成过多孔缺陷甚至使纤维富硅同时也会使铝失效导致SA型SiC纤维发生晶粒粗化。一般当PACS纤维的预氧化增重率约wt%时能制备出近化学计量比的连续纤维。研究还发现铝含量变化对PACS纤维的预氧化过程具有较大的影响体现在铝含量提高其预氧化程度增加但铝含量超过临界值后交联度反而下降。最终本文在综合氧的多重作用并确定最佳氧含量范围后通过实时称重预氧化装置实现了预氧化程度的精确控制。在对PACS预氧化纤维高温连续烧结制备SA型SiC纤维的研究过程中发现以下规律。PACS纤维中含有少量的铝(>wt%)就能有效抑制βSiC晶粒增长但当铝含量进一步增加时其抑制晶粒长大作用基本不变。通过EFTEM分析发现铝原子富集于晶界证实了铝的抑晶机理由此认为连续烧结时纤维中氧含量过高将与铝结合使铝不能有效进入βSiC晶格导致铝的抑制晶粒长大的作用失效。此外铝在PACS纤维中起到交联作用故适当过量的铝有助于降低预氧化程度减少预氧化过程中引入的氧一步连续烧结对PACS预氧化纤维氧含量要求高并且SiCxOy相分解过快是导致纤维存在较多孔缺陷和发生晶粒粗化的重要原因二步烧结过程中SiCxOy纤维富碳层的存在导致气体扩散受阻是纤维制备不稳定的重要原因。根据以上研究设计了新的烧结工艺。此工艺对PACS纤维氧含量要求适中并可协调和控制SiCxOy相分解和致密化过程:第一步将PACS预氧化纤维在~下连续预烧使SiCxOy相分解速度降低第二步将纤维在左右连续烧结使纤维尽可能致密化。此烧结新工艺具有较好的性能重复性制备出的连续SA型SiC纤维在氩气中热处理小时不出现晶粒粗化强度保留率为%。会议论文高积强黄清伟Nicalon短纤维增强LAS玻璃陶瓷复合材料的制备用流延法制备了单向短切碳化硅纤维(Nicalon)增强LAS玻璃陶瓷基复合材料。考察了有关工艺参数对复合材料强度的影响。结果表明:短切碳化硅纤维的加入提高了LAS玻璃陶瓷基体的强度短切碳化硅纤维增强LAS玻璃陶瓷基复合材料性能与热压温度有密切关系。引证文献(条)史国普纤维增强陶瓷基复合材料概述期刊论文陶瓷()杨大祥宋永才先驱体法制备连续SiC纤维的特性及其应用期刊论文兵器材料科学与工程()张勇冯涤陈希春连续纤维增强SiC复合材料制备工艺与性能研究进展期刊论文材料导报()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalcldbaspx下载时间:年月日

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