CVI SiC-,W--SiC復(fù)合材料的制備及微結(jié)構(gòu)、性能.pdf

1、SiC陶瓷材料具有耐高溫、低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、抗氧化和抗燒蝕等優(yōu)異性能，但脆性大和可靠性差等致命弱點(diǎn)限制了其廣泛應(yīng)用。SiC晶須增韌補(bǔ)強(qiáng)SiC陶瓷基復(fù)合材料有潛力應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)件。傳統(tǒng)燒結(jié)法制備溫度高及助燒劑的加入易損傷晶須，降低強(qiáng)韌化效果?；瘜W(xué)氣相滲透法(Chemical Vapor Infiltration，CVl)可彌補(bǔ)燒結(jié)法的不足，是有潛力的低溫制備品須增韌補(bǔ)強(qiáng)高純SiC陶瓷基復(fù)合材料的方法。 本文首先研究用CV

2、I法制備SiC<,W>/SiC mini復(fù)合材料，為塊體復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備提供依據(jù)。采用PVA與溶膠．凝膠法造粒制備晶須團(tuán)粒，將一定粒度的晶須團(tuán)粒通過(guò)CvI法制備成SiC<,W>/SiC mini復(fù)合材料。通過(guò)顯微硬度測(cè)試結(jié)合SEM觀測(cè)，計(jì)算了SiC<,W>/SiC mini的顯微硬度，并分析了斷裂韌性，為塊體復(fù)合材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)與制備提供依據(jù)。將PVA造粒的晶須團(tuán)粒壓制成晶須預(yù)制體，用CVI致密化制備SiC<,W>/SiC塊體

3、復(fù)合材料。通過(guò)SEM和TEM分析SiC<,W>/SiC塊體復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)，通過(guò)三點(diǎn)彎曲法測(cè)定了SiC<,W>/SiC復(fù)合材料的強(qiáng)度，用單邊切口梁法測(cè)定斷裂韌性。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下： (1) 品須含量、造粒方法和CVI工藝條件對(duì)SiC<,W>/SiC mini復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)和性能影響的研究結(jié)果表明，晶須含量、晶須造粒方法、沉積的支撐襯底對(duì)SiC<,W>/SiCmini復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)有顯著影響。采用PVA造粒，晶須體積分?jǐn)?shù)為4

4、2﹪左右，支撐襯底為碳布所得SiC<,W>/SiC mini復(fù)合材料致密，均勻性好。閉氣孔尺度小，平均值約為4.3μm，顯微硬度HV高，平均值為25.5GPa。通過(guò)對(duì)顯微壓痕裂紋擴(kuò)展的SEM觀察分析表明，mini復(fù)合材料表現(xiàn)出晶須增韌補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料的損傷破壞特征，為CVI法制備SiC<,W>/SiC塊體復(fù)合材料的界面設(shè)計(jì)與制備提供一定依據(jù)。 (2) 成型方法對(duì)CvI SiC<,W>/SiC塊體復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)影響的研究表明，壓

5、制成型(成型壓力為lMPa，沉積時(shí)間600小時(shí))的塊體復(fù)合材料(P-SiC<,W>/SiC)的致密化效果最好，晶須體積分?jǐn)?shù)約為17.5﹪，晶須團(tuán)粒間的宏觀孔隙大部分在0.1mm-0.17mm之間，分布比較均勻。用mini復(fù)合材料在模具中自由堆積CVI致密化的塊體復(fù)合材料(M-SiC<,W>/SiC)，晶須體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)20﹪，材料宏觀孔隙大小不均，大部分在0.07mm-0.25mm。 (3) 對(duì)P-SiC<,W>/SiC塊體復(fù)

6、合材料和M-SiC<,W>/SiC塊體復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性、硬度與相對(duì)密度關(guān)系的研究表明，兩者的彎曲強(qiáng)度、硬度、斷裂韌性都隨相對(duì)密度提高而增加。當(dāng)P-SiC<,W>/SiC塊體復(fù)合材料相對(duì)密度達(dá)到88.7﹪時(shí)，彎曲強(qiáng)度、硬度、斷裂韌性均達(dá)到最大值，分別為312MPa、26GPa和7.8MPam<'1/2>。M-SiC<,W>/SiC塊體復(fù)合材料的最高密度為85﹪，強(qiáng)度、硬度和斷裂韌性的最高值均出現(xiàn)在該密度點(diǎn)，分別為219MPa