近零膨脹C-C-SiC復(fù)合材料的反應(yīng)燒結(jié)法制備及性能研究.pdf

1、C/C-SiC復(fù)合材料以其輕質(zhì)高強(qiáng)、熱膨脹性能優(yōu)異、耐空間復(fù)雜環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)成為新一代空間光學(xué)相機(jī)結(jié)構(gòu)件的理想候選材料。光機(jī)結(jié)構(gòu)材料的熱膨脹性能關(guān)系著光機(jī)結(jié)構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性和空間相機(jī)的精確度，這就使得熱膨脹系數(shù)成為該類結(jié)構(gòu)材料的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一。本文以新一代空間相機(jī)對(duì)低膨脹支撐結(jié)構(gòu)件的迫切需求為研究背景，開(kāi)展了以針刺碳纖維氈為增強(qiáng)體、CVI C涂層為界面改性相、反應(yīng)燒結(jié)SiC為基體的近零膨脹C/C-SiC復(fù)合材料的制備和性能研究，優(yōu)化了反應(yīng)

2、燒結(jié)的核心工藝參數(shù)，篩選了基體碳源，重點(diǎn)研究了CVIC界面改性相、碳纖維體積含量對(duì)復(fù)合材料熱膨脹性能和力學(xué)性能的影響機(jī)制，并且獲得了綜合性能優(yōu)異的近零膨脹C/C-SiC復(fù)合材料。
　　本文探究了反應(yīng)燒結(jié)溫度、素坯高溫?zé)崽幚頊囟葍申P(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料性能的影響規(guī)律，較好的反應(yīng)燒結(jié)溫度和素坯高溫?zé)崽幚頊囟纫来螢?650℃和2000℃，在此條件下制備的C/C-SiC復(fù)合材料的平面方向室溫?zé)崤蛎浵禂?shù)為-0.055×10-6·K-1、彎曲

3、強(qiáng)度為218 MPa、斷裂韌性為8.93MPa·m1/2。對(duì)比研究了化學(xué)氣相滲透碳、瀝青裂解碳、酚醛裂解碳三種不同碳基體對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料制備的影響，瀝青裂解碳反應(yīng)活性較高、制備的復(fù)合材料具有較好的致密度（孔隙率<5％），適合作為基體碳源。探討了CVI C界面改性相對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料性能的調(diào)控機(jī)制，研究了界面相厚度對(duì)復(fù)合材料力學(xué)和熱膨脹性能的影響規(guī)律。當(dāng)CVI C界面相厚度為3μm時(shí)所制備的復(fù)合材料性能最佳，其室溫平面熱膨脹

4、系數(shù)為0.08×10-6·K-1，彎曲強(qiáng)度為242MPa、斷裂韌性為10.98 MPa·m1/2。揭示了C纖維體積含量對(duì)C/C-SiC復(fù)合材料性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)增加碳纖維的體積含量能提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和平面方向的熱膨脹性能。C纖維體積分?jǐn)?shù)為25%的C/C-SiC復(fù)合材料的平面方向室溫 CTE值為0.08×10-6·K-1，C纖維體積分?jǐn)?shù)為30%的C/C-SiC復(fù)合材料的平面方向室溫CTE降為-0.05×10-6·K