Cu3Si改性C-C-SiC復(fù)合材料的力學(xué)與氧化燒蝕性能研究.pdf

1、C/C-SiC復(fù)合材料即炭纖維增強(qiáng)炭與SiC陶瓷基復(fù)合材料，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、低密度、低熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)率、抗氧化、耐燒蝕和低磨損性能等特點(diǎn)，在航空、航天、能源領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。
　　 為了進(jìn)一步改善C/C-SiC復(fù)合材料的各項(xiàng)綜合性能，并降低成本，本文以全網(wǎng)胎炭氈為預(yù)制體，采用熔融滲Si和Cu(RMI)工藝制備了Cu3Si改性C/C-SiC復(fù)合材料。采用掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDAX)、X射線衍射(XRD)、

2、金相顯微鏡(OM)等測(cè)試手段，分析了材料的組織結(jié)構(gòu)和形貌。研究了Cu3Si改性C/C-SiC復(fù)合材料的力學(xué)性能和氧化性能，并對(duì)Cu3Si改性C/C-SiC復(fù)合材料的燒蝕性能進(jìn)行了探索性的研究。研究結(jié)果表明:
　　 (1)Cu3Si改性C/C-SiC復(fù)合材料的物相組成為C、Si、β-SiC和Cu3Si。隨著熔滲劑Si-Cu中Cu含量的增加，Cu3Si逐漸增加，殘留Si逐漸減少。材料的密度隨Cu含量的增多而增大，孔隙率隨之減小。不含

3、Cu的試樣較致密，開(kāi)孔率為6.37％，纖維與基體之間結(jié)合良好。且隨著熔滲劑Si-Cu中Cu含量的增加，材料的密度從2.21g·cm-3增至2.80g·cm-3，開(kāi)孔率從7.53％增至9.40％。
　　 (2)通過(guò)對(duì)材料力學(xué)性能的研究，熔滲劑Si-Cu中Cu的質(zhì)量含量為0wt％，25wt％，50wt％和75wt％的Cu3Si改性C/C-SiC復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度分別為47.33MPa，41.32MPa，39.57MPa和33.48M

4、Pa，壓縮強(qiáng)度分別為306.21MPa，268.76MPa，254.28MPa和224.23MPa。力學(xué)性能隨著Si-Cu中Cu質(zhì)量比增多逐漸減小。從材料的載荷-位移曲線來(lái)看，彎曲表現(xiàn)出良好的“假塑性”，壓縮呈現(xiàn)典型的脆性斷裂特征。
　　 (3)等溫氧化過(guò)程中，在700～1000℃范圍，材料氧化失重率隨時(shí)間呈直線增長(zhǎng)，主要為C的氧化，Cu3Si，Si和SiC氧化生成微量的SiO2;在1000～1300℃范圍，失重趨于穩(wěn)定，Cu3

5、Si、Si和SiC同時(shí)氧化生成大量的SiO2，與C的氧化失重平衡。800℃長(zhǎng)時(shí)間氧化過(guò)程中，Cu3Si改性C/C-SiC復(fù)合材料氧化失重率隨時(shí)間先呈直線關(guān)系增長(zhǎng)后增長(zhǎng)速度減慢，至4h后，材料的失重率達(dá)到一個(gè)恒定值。Cu3Si氧化生成SiO2和CuO，部分Si和SiC氧化生成了SiO2，這些氧化物覆在基體表面，對(duì)內(nèi)部纖維和基體起到一定的保護(hù)作用。
　　 (4)含Cu50％的Cu3Si改性C/C-SiC復(fù)合材料燒蝕40s的質(zhì)量燒蝕率