添加碳化硼對炭-炭復(fù)合材料的性能影響研究.pdf

1、C/C復(fù)合材料具有突出的高溫力學(xué)、熱物理及摩擦磨損性能，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域，但其存在高于400℃的氧化性氣氛中易氧化等不足。為了克服其不足，改善其綜合性能，并拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，本文開展了于C/C復(fù)合材料中添加陶瓷顆粒的基體改性研究。采用在炭纖維針刺整體氈成型過程中加入碳化硼粉末的新方法制得含碳化硼的預(yù)制體，經(jīng)化學(xué)氣相滲透、樹脂浸漬/炭化增密制備了添加碳化硼的C/C復(fù)合材料。通過光學(xué)顯微鏡、SEM和XRD等分析手段對其顯微組織結(jié)構(gòu)特征

2、和石墨化度變化規(guī)律進(jìn)行了研究，考察了其氧化特性、力學(xué)性能和摩擦磨損性能，并探討了這些性能的影響因素及機(jī)理。研究結(jié)果表明： (1)添加的碳化硼顆粒主要彌散地分布于預(yù)制體的網(wǎng)胎層中。CVI增密后，碳化硼與圍繞其沉積的熱解炭之間沒有間隙、結(jié)合緊密，且SEM下，碳化硼表面沉積的熱解炭呈苞狀和蠕蟲狀兩種形態(tài)。 (2)碳化硼對C/C復(fù)合材料有促進(jìn)石墨化作用，隨碳化硼含量的增加或熱處理溫度的提高，材料的石墨化度提高。高溫是碳化硼發(fā)揮促

3、進(jìn)石墨化作用的重要條件；熱處理溫度較低時(shí)，僅“固溶促進(jìn)石墨化”機(jī)制起作用，熱處理溫度提高，“固溶促進(jìn)石墨化”作用加強(qiáng)，且可能引發(fā)其他促進(jìn)石墨化機(jī)制作用，材料的石墨化度提高更為顯著。 (3)2000℃熱處理溫度時(shí)，添加碳化硼C/C復(fù)合材料的抗氧化能力不及未添加碳化硼的C/C復(fù)合材料。添加碳化硼C/C復(fù)合材料的抗氧化能力隨著熱處理溫度的不斷提高而增強(qiáng)，當(dāng)熱處理溫度為2500℃時(shí)，添加碳化硼C/C復(fù)合材料的抗氧化能力顯著高于未添加碳化

4、硼的C/C復(fù)合材料，其機(jī)理是：a、石墨化度和微晶尺寸明顯增大、置換固溶硼的作用加強(qiáng)使炭纖維和基體炭本身的抗氧化能力提高.b、氧化過程中生成的B<,2>O<,3>保護(hù)膜或保護(hù)簇團(tuán)阻礙了氧向材料內(nèi)擴(kuò)散以及抑制了纖維上活性點(diǎn)的氧化。 (4)實(shí)驗(yàn)考察范圍內(nèi)，添加碳化硼C/C復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為80～130 MPa，垂直壓縮強(qiáng)度為90～150 MPa，平行壓縮強(qiáng)度為60～110 MPa。添加碳化硼使得C/C復(fù)合材料力學(xué)性能降低，且隨碳化硼

5、含量的增多，C/C復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度趨于降低；添加碳化硼C/C復(fù)合材料隨熱處理溫度的升高彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度降低。添加碳化硼C/C復(fù)合材料彎曲破壞屬于脆性斷裂方式，碳化硼含量越多、熱處理溫度越高，脆性斷裂特征越明顯。 (5)經(jīng)不同溫度熱處理后，添加碳化硼C/C復(fù)合材料的摩擦磨損性能有很大的差別。2000℃時(shí)，表現(xiàn)為嚴(yán)重的磨粒磨損，材料磨損相當(dāng)嚴(yán)重，摩擦系數(shù)較高；2300℃時(shí)，摩擦表面形成平整而光滑的自潤滑膜，材料抗磨能