先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備C-C-SiC復(fù)合材料的研究.pdf

1、C/C-SiC復(fù)合材料，即碳纖維增強碳-碳化硅雙基體陶瓷基復(fù)合材料，具有密度低、抗氧化性好、耐腐蝕、良好的摩擦磨損性能等優(yōu)點，是一種能滿足高溫使用的新型高溫結(jié)構(gòu)材料和功能材料。本文采用先驅(qū)體裂解浸漬的方法制備了一系列C/C-SiC復(fù)合材料，研究了浸漬液濃度、浸漬次數(shù)、預(yù)制體密度對制得的材料的密度的影響，并分析了對最終制得的復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響，同時對材料的熱物理性能也進行了簡要的分析。本文得到的主要的結(jié)論如下： 從試驗過程的

2、靜力學(xué)及動力學(xué)分析可知，為了使浸漬更加容易，應(yīng)該使得浸漬液與預(yù)制體之間潤濕良好，采用表面張力大及粘度較小的浸漬液，選擇孔隙度較大的預(yù)制體。通過理論分析和試驗結(jié)果的分析可以看出，計算出的先驅(qū)體致密化模型能夠較準確的反映出復(fù)合材料的密度與浸漬次數(shù)和浸漬液濃度的關(guān)系。 聚碳硅烷的熱分解反應(yīng)主要發(fā)生在300℃到1000℃，而分解出的無定形態(tài)SiC轉(zhuǎn)換為碳化硅晶體的過程則發(fā)生在1000℃到1300℃階段。聚碳硅烷的裂解產(chǎn)率為60﹪左右，裂

3、解產(chǎn)物主要為碳化硅。 在相同的浸漬循環(huán)次數(shù)的情況下，對不同的預(yù)制體以及浸漬液濃度來說，當浸漬液濃度為50﹪時，試樣最終密度最大。復(fù)合材料的彎曲強度隨著裂解溫度的升高而增加，1400℃制得的復(fù)合材料的強度最低，斷裂韌性則為在1500℃時最低，而在1600℃制得的復(fù)合材料的綜合性能最佳。 在浸漬液濃度為50﹪，裂解溫度為1600℃的條件下，預(yù)制體密度為1.21g/cm3的材料性能最好，預(yù)制體密度為1.51g/cm3的復(fù)合材料

4、性能最差。 加壓浸漬制得的復(fù)合材料的致密度比真空浸漬的要高，能夠有效的提高C/C-SiC復(fù)合材料的力學(xué)性能。當預(yù)制體密度為0.80g/cm3,C/C-SiC復(fù)合材料的密度為1.95g/cm3時，復(fù)合材料的彎曲強度達到323MPa，剪切強度為33.45MPa，斷裂韌性為14.37MPa·m1/2。 預(yù)制體的分次沉積導(dǎo)致試樣出現(xiàn)二次斷裂的形貌。浸漬裂解制備的復(fù)合材料中存在大量氣孔，大部分存在于纖維束之間或兩束纖維的交叉處，這

5、些氣孔的存在在一定程度上降低復(fù)合材料的韌性。 材料的致密度越大，則復(fù)合材料的孔隙越小，導(dǎo)熱系數(shù)越大。制得的材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高先迅速增大，出現(xiàn)一個最大值以后又減小，不同材料測得最大導(dǎo)熱率的溫度點均有所不同。在材料的纖維體積分數(shù)相同的條件下，基體中碳的含量越大，熱導(dǎo)率越高。 復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)在400℃之前，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)增長很快，在400℃之后，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)增長趨勢逐漸變緩，并且隨著碳基體含量的增