化學(xué)氣相滲透TaC、SiC-TaC改性C-C復(fù)合材料的制備及其力學(xué)性能.pdf

1、對(duì)界面和基體進(jìn)行改性，是提高炭/炭復(fù)合材料的力學(xué)性能和抗氧化、抗燒蝕性能的有效途徑。本文利用化學(xué)氣相滲透法(CVI)在纖維與基體之間制備不同結(jié)構(gòu)的抗氧化纖維涂層，對(duì)C/C復(fù)合材料界面進(jìn)行改性，制備了具有PyC/TaC、PyC/SiC/TaC抗氧化纖維涂層結(jié)構(gòu)的改性C/C復(fù)合材料。研究了改性C/C復(fù)合材料的制備、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，采用掃描電鏡等手段詳細(xì)分析了具有不同結(jié)構(gòu)纖維涂層的改性C/C復(fù)合材料的斷裂機(jī)理。 采用TaCl5-C

2、3H6-Ar反應(yīng)系統(tǒng)，用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在炭纖維表面制備了TaC涂層。研究了炭纖維表面不同厚度TaC涂層對(duì)炭纖維力學(xué)性能的影響。在本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，炭纖維拉伸強(qiáng)度隨TaC涂層厚度的增加而升高，炭纖維拉伸彈性模量隨TaC涂層厚度增加而降低。 采用化學(xué)氣相滲透(CVI)法在炭纖維預(yù)制體的纖維表面制備了TaC涂層。較全面地研究了溫度、壓力、稀釋氣體流量等CVI-TaC制備工藝及其對(duì)TaC沉積速率、均勻性等方面的影響，為利用整體

3、氈制備CVI-TaC改性C/C復(fù)合材料提供科學(xué)的TaC制備工藝條件。TaC在整體氈中的沉積速率隨沉積溫度的升高先增加后減小，在950℃達(dá)到最大值。 利用CVI法，在預(yù)制體纖維表面制備出了具有PyC/TaC、PyC/SiC/TaC結(jié)構(gòu)的抗氧化纖維涂層。涂層均勻致密地涂覆在炭纖維表面，形成管狀微觀結(jié)構(gòu)，且與炭纖維結(jié)合較好，沒(méi)有明顯的裂紋。 利用CVI法，結(jié)合樹(shù)脂浸漬/炭化工藝，制備了不同體積含量TaC的CVI-TaC改性C/

4、C復(fù)合材料。研究了這種復(fù)合材料的彎曲性能及其斷裂機(jī)理。其中TaC含量為5％的CVI-TaC改性C/C復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度為270MPa，較C/C復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度(322MPa)有所下降，但斷裂方式表現(xiàn)為假塑性斷裂。TaC含量為10％的CVI-TaC改性C/C復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度為185MPa，斷裂方式表現(xiàn)為韌性斷裂。不同含量TaC的CVI-TaC改性C/C復(fù)合材料經(jīng)過(guò)2000℃高溫?zé)崽幚砗?，?qiáng)度有所下降，斷裂方式?jīng)]有發(fā)生變化。 初步研究

5、了TaC含量為5％的CVI-TaC改性C/C復(fù)合材料的拉伸性能和壓縮性能及其斷裂機(jī)理。這種改性C/C復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為135MPa，較C/C復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度(192MPa)有所下降；改性C/C復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度較C/C復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度變化不大。 通過(guò)界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，制備了CVI-SiC/TaC改性C/C復(fù)合材料，并研究了這種復(fù)合材料彎曲性能及其斷裂機(jī)理。CVI-SiC/TaC改性C/C復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到522MPa，較C/C