碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究(精)
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展
33一、引言随着现代科学和技术的发展，许多新的空间能源和技术领域，特别是航空、军事或尖端科学领域，如发动机、航空航天热保护系统、原子能，在新材料需求量最大的领域，特别是高温物质结构，其密度低，高强度高，耐久性高，耐高温，耐腐蚀性能。
例如，航空发动机主要依赖进口温度前的涡轮机，而进口温度前的涡轮机被认为在10度时，涡轮机的顶部涡轮机最高可达1 650℃。
在这种高温下，传统的超合金材料已不再符合要求，因此研究人员的研究重点转到了碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料。
二、复合材料的研究进展1.复合材料的制备工艺（1）CVI工艺CVI是在CVD基础上进行研究的。
主要的准备过程是：第一，碳纤维预制件放在一个密闭的反应室里，采用高温环境下的蒸汽渗透法将反应气体过滤到预制件内或表面，以产生陶瓷基质的化学反应。
就CF/SIC化合物而言，CVI的准备工艺通常以诸如MTS、TMS、H 2和AR 等反应气体为基础，这些气体在高温抽取，以便在碳纤维预制件上储存陶瓷sic 基体。
这种工艺的优点是: 合成陶瓷基本材料通常是在低于基底熔点的温度下制备的，纤维与基底之间不会发生高温化学反应，材料中的残留电压很小，纤维本身的损害较小，因此，它可以确保复合材料结构的完整性；它能够以复杂的方式用一个很大的纤维体积部分加工CF/SIC复合材料。
主要缺点是: 随着渗透率的提高，纤维预制结构内的毛孔变小，渗透率变慢，导致生产周期较长，设备复杂，准备成本高；成品的多孔性和材料的低密度影响了复合材料的特性。
由于这一进程的缺点，其效用受到限制。
为了提高沉积效率、降低成本和缩短准备时间，研究人员目前开发了若干方法，包括热梯度法和在某种程度上改进CVI工艺的其他工艺。
（2）PIP工艺PIP是近年发展的一种制备工艺，工艺比较简单，而且制备环境要求低，因此发展比教迅速，并受到广泛的关注。
这一方法的基础是使用有机前体，这些前体在高温下得到分化，然后转化为无机陶瓷基体。
碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备及性能研究
碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备及性能研究碳纤维增强陶瓷基复合材料是一种具有优异性能的复合材料，具有高强度、高刚度、低密度、高温耐性、抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车、新能源等领域。
本文将对碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备及其性能研究进行探讨。
1. 背景传统金属材料存在密度大、重量重、强度低等问题，难以满足现代工业的需求。
而复合材料的出现解决了这一问题，毫不夸张地说，“复合材料就是未来工业的材料”。
其中最为突出的就是碳纤维增强陶瓷基复合材料。
2. 制备方法制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的方法有多种，其中最为常见的是热压法和热处理法。
热压法是将预先制备的碳纤维增强陶瓷基复合材料在高温高压下进行加热压制，使其形成连续的结构。
这种方法适用于制备块状和板状复合材料。
热处理法则是先将碳纤维增强材料进行数次高温氧化处理，使其表面形成含有氧的层，然后进行碳化处理和陶瓷化处理，最终得到陶瓷基复合材料。
这种方法适用于制备复杂形状的复合材料。
3. 性能研究碳纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的性能，如高强度、高刚度、低密度、高温耐性、抗腐蚀等，其力学性能和热学性能是研究的重点。
力学性能研究主要包括拉伸强度、屈服强度、断裂韧性等指标的测试和评估。
热学性能研究主要包括热膨胀系数、导热系数、热稳定性等指标的测试和评估。
研究表明，碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能远远优于传统金属材料，具有极高的强度和刚度；而其热学性能也表现出卓越的优势，具有很高的耐热性和热稳定性。
4. 应用前景碳纤维增强陶瓷基复合材料具有广泛的应用前景。
在航空和航天产业中，用以制造减重、高刚度、高强度的重要部件；在汽车产业中，用于制造轻量化结构件和发动机；在新能源领域，用于制造高温耐受的储能材料等。
总之，碳纤维增强陶瓷基复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，能够为现代工业的发展做出巨大的贡献。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究
PCCVD 技 术 很 复 杂, 由 于 整 个 过 程 中 发 生 着 物 理 和化学变化及相互作用, 使用 PCCVD 制造的复合材料 其 性能受很多因素的影响, 如: 碳纤维的类型、模子和 预制件的设计及M TS 的纯度等, 但最重要的先决条件 包括:
(1) 靠近沉积界面有一陡的温度梯度并且该温度 峰值等于沉积温度;
按 上述条件制备的 C SiC 复合材料, 当模子移动速 度为2 15mm 3 0m in、 纤维体积含量为5 0vo l% 时, 其密 度已达到2 14 4 g cm 3 , 试样密度为理论密度的9 6 % 。
PCCVD 能 沉 积 出 比 较 致 密 的 试 样 的 关 键 所 在 是 必 须使沉积界面上有新鲜的反应气体流过。如果模 子 移动 速度过慢, 该工艺反应时间将很长, 而其速度过快, 碳 化硅基体中将有很多气孔。气孔的形成与模子移 速 度之 间 的 关 系 如 图 4 所 示。其 中 图 4a , 由 于 模 具 的 推 进 速 度 和 SiC 的沉 积 速 度 相 匹 配, 因 此 沉 积 界 面 比 较 平 坦。而 图4b 则因推进速度较快, 在沉积界面上还未沉积好, 高 温区已推向前进, 致使已有的沉积界面未沉积好, 又形 成新的沉积界面, 从而形成一个开口的瓶状的未沉积 区。这时, 反应气体难以进入“瓶”内, 而“瓶”口由于 接触新鲜的反应气体较多沉积速度快, 最终如图4c 所 示, 把 “瓶”口封死, 形成孔隙。因此, PCCVD 的关键 是在沉积温度下, 硅烷气体供应充足时, 模具的推进速 度必须等 于 或 小 于 SiC 沉 积 速 度。这 时, 存 在 一 个 最 大 移动速度。影响复合材料密度的主要参数为模子 的 移动 速度和纤维体积分数, 一般说纤维的体积分数愈大允许
碳纤维碳化硅基体复合材料研究
碳纤维碳化硅基体复合材料研究论文栏目:复合材料论文更新时间：2020/7/2 14:58:42 3最新杂志：•自动化与信息工程•机械•老化与应用•含能材料•红外•北京中医药大学学报•中国氯碱通讯•化工设计•印刷标准化•小型内燃机与摩托车•高分子通报•铁道工程学报摘要：本文以2.5DC/SiC陶瓷基复合材料为研究对象开展疲劳失效机理研究。
首先，开展了2.5DC/SiC陶瓷基复合材料的力学试验，获取了复合材料的拉-拉疲劳特性，发现了2.5DC/SiC陶瓷基复合材料的疲劳破坏机理。
然后，采用光学显微镜和扫描电子显微镜对C/SiC陶瓷基复合材料失效断口进行了观察分析。
通过对比失效断口形貌和细观损伤模式，对2.5DC/SiC陶瓷基复合材料疲劳破坏特征进行了讨论。
关键词：C/SiC复合材料；疲劳试验；寿命预测；断口分析陶瓷基复合材料是作为一种可以应用于极端环境的非脆性耐高温材料而产生的。
相对于其他结构材料，陶瓷基复合材料还不成熟，目前还处于发展阶段，但在一些高新领域的良好应用前景已初露端倪[1]。
疲劳是陶瓷基复合材料结构所承受的主要载荷形式之一，也是引起其破坏的主因之一。
据统计，至少有一半以上的机械破坏属于疲劳破坏[2]。
例如，航空发动机中的复合材料零件，疲劳破坏就是极为常见的失效形式。
因此，现代机械结构对材料除了强度要求之外，更提出了对疲劳性能的苛刻要求。
大量研究[3][4][5]也表明，陶瓷基复合材料在循环载荷下会发生疲劳失效。
但由于陶瓷基复合材料为非均匀多相材料，细观结构复杂，且宏观响应为各向异性，表现出的疲劳特性及失效机理较为复杂，现有针对金属的疲劳模型和理论难以应用于陶瓷基复合材料；此外，陶瓷基复合材料的基体为脆性材料，基体的失效应变远低于增强纤维，且基体开裂后会引起纤维/基体界面的脱粘。
目前研究者案例只对针刺陶瓷基复合材料的静力学失效机理开展了少量研究[6][7][8]，尚未深入研究针刺陶瓷基复合材料疲劳失效过程，也没有建立相应的力学模型。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
碳纤维增强陶瓷基复合材料摘要：碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有密度低、高强度、高韧性和耐高温等综合性能已得到世界各国高度重视，本文将对有关碳纤维增强碳化硅陶瓷的有关信息简单介绍。
关键词：陶瓷基复合材料，碳纤维增强。
1.引言碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中,尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位具有很大的潜力。
但是,陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力,在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能以外,几乎没有其它吸收能量的机制,这就严重限制了其作为结构材料的应用。
碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点,在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降。
用碳纤维增强碳化硅复合材料,材料在断裂的过程中通过纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量,使材料表现为非脆性断裂。
Cf/SiC复合材料综合了碳纤维优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能,受到了世界各国的高度关注,并广泛应用在航空、航天、光学系统、交通工具等领域。
2. 碳纤维材料简介2.1碳纤维简介碳纤维是有机纤维或沥青基材料经谈话和石墨处理后形成的含碳量在85%以上的碳素纤维，是20世纪50年代为满足航空航天等尖端领域的需要而发展起来的一种特种纤维。
目前，碳纤维的生产原料分为三大体系：聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维。
其中聚丙烯腈基碳纤维由于原料资源丰富，含碳量高及碳化率高，成本低，正在被重视。
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。
因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。
材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。
碳纤维增强陶瓷基复合材料力学性能研究
碳纤维增强陶瓷基复合材料力学性能研究碳纤维增强陶瓷基复合材料是一种具有优良性能的材料，被广泛应用于航空航天、汽车等领域。
其中，其力学性能尤为重要，本文将探讨碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能研究。
第一部分：碳纤维增强陶瓷基复合材料的结构和性质碳纤维增强陶瓷基复合材料是一种由高强度碳纤维和高温陶瓷基复合材料构成的材料。
其复合结构使得不同材料之间的优势互补，从而在力学性能和热学性能方面表现出优异的性能。
其力学性能包括强度、刚度和韧性等方面。
碳纤维的高强度、高刚度和低密度是其能够增强复合材料的关键特性。
而陶瓷基材的高温、耐磨、耐腐蚀和高压强等特性则使得其为高温、高压、强腐蚀等恶劣环境下的应用提供了可能。
因此，碳纤维增强陶瓷基复合材料的性能受到了广泛的关注和研究。
第二部分：碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能研究方法碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能研究需要先进行结构和物理性质的表征。
常用的表征方法包括扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）和差热分析（DSC）等。
这些方法可用于分析复合材料中组分的分布、相互作用，以及相应的物理性质，如热稳定性、热膨胀系数和热导率等。
在提取样品后，常用的力学性能测试方法包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、冲击等实验室测试。
这些测试方法可以通过测量样品物理形变来获得相应的力学性能参数，如杨氏模量、剪切模量、弯曲模量和抗拉强度等。
此外，有限元模拟（FEM）也作为一种重要的力学性能研究方法。
有限元模拟是一种数值仿真方法，包括使用各种数学算法和计算机软件来预测材料在外部载荷下的表现。
该方法可以用于优化材料设计和预测材料性能。
第三部分：碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能研究进展在9O年代初，碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能开始被广泛研究，在实验室中进行了大量的研究。
研究发现，随着碳纤维含量的增加，复合材料的峰值强度和塑性变形能力都会提高。
随着材料科学的不断进步和科学技术的不断发展，许多新的材料和复合材料应运而生。
碳纤维增强SiBCN陶瓷基复合材料的制备及性能
维增 强 Ｓ ｉ Ｂ Ｃ Ｎ 陶瓷基 复合 材料 ， 并 对其 力 学性 能进行 了初 步研 究。经 ８次 浸 溃一 裂解 ， 所 得 复合材 料 室温 弯 曲
强度 为 ３ ３ ４ ＭＰ ａ ， ８ ０ ０ ＂ Ｃ ／ 氩 气条件 下 弯曲 强度 ３ ６ ７ ＭＰ ａ 。该复合 材料 未经抗 氧化 防护 处理情 况下 ， ８ ０ ０ ￣ Ｃ静 态 空 气 中氧化 ３ ｈ后 ， 强度 保 留率 约为 ６ ０ ％。 关键 词 聚硼硅 氮烷 ， 前驱体 浸 渍裂 解技 术 ， 陶瓷基 复合 材料
王 秀军 ＇ 张 宗波 曾 凡
李永明
徐 彩 虹
（ １ 中 国科 学 院化 学 研 究 所 ， 北 京 １ ０ ０ １ ９ ０ ）
（ ２ 中国科 学院研究生院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
文
摘 以 自制 的 聚硼硅 氮烷 （ Ｐ — Ｓ ｉ Ｂ Ｃ Ｎ） 为基体 聚合 物 利 用前驱 体浸 渍 裂解技 术 （ Ｐ Ｉ Ｐ ） 制 备 了二 维碳 纤
ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ８ ＰＩ Ｐ— ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｉ ｔ ｓ ｌｅ ｆ ｘ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｓ ｏ ｆ ３ ３ ４ ＭＰａ ａ ｔ ｒ ｏ ｏ ｍ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ， ａ ｎ ｄ ｉ ｎ — ｓ ｉ ｔ ｕ ｌｅ ｆ ｘ ｕ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ３ ６ ７ ＭＰａ ａ ｔ ８ ００￣ Ｃ ｉ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｒ ｇ ａ ｓ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐｈ ｅ ｒ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｒ ｅ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｄ ｉ ｔ ｓ ６ ０％
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
缺点：①致密周期较长，制品的孔隙率较高，对材料蠕变性能有一定影响；②基体密度在裂解前后相 差很大，致使基体的体积收缩很大(可达50～70％)，因此需要多次循环才能达到致密化。
优点：基体软化温度较低，可使热压温度接近或 低于陶瓷软化温度。适用于制备单层或叠层构件， 致密度较高且缺陷少。
缺点：SiC陶瓷基体的烧结温度一般在1800℃以 上（添加加烧结助剂，常见的有TiB2、TiC、B、 BN等）。
4、液相硅浸渍法(LSI)
液相硅浸渍法是通过Si+C反应烧结生成，也称反应熔体浸渗法主要工艺流程如下： 纯固体硅于1700℃左右熔融成液态硅，通过C／C复合材料中大量分布的气孔，利用 毛细作用原理渗透到预制体内部并与C发生反应生成SiC陶瓷基体。 优点：工艺时间短，成本低。同时还可以制备大尺寸、复杂的薄壁结构组件。 缺点：制备Cf／SiC复合材料时，由于熔融Si与基体C发生反应的过程中，不可避免 地会与碳纤维发生反应，纤维被浸蚀导致复合材料性能下降。（只能制得一维或二维 的Cf／SiC复合材料，应用前景不大）
改善：均热法、热梯度法、等温强制流动等工艺
2、先驱体转化法(PIP)
先驱体转化法(PIP)是近年来发展迅速的一种制备Cf／SiC复合材料的制备工艺，由于成型工艺简单、 制备温度较低等特点而受到关注。该方法是利用有机先驱体在高温下裂解进而转化为无机陶瓷基体。 基本流程为：将含Si的有机聚合物先驱体(如聚碳硅烷、聚甲基硅烷等)溶液或熔融体浸渍到碳纤维预 制体中，干燥固化后在惰性气体保护下高温裂解，得到SiC陶瓷基体，并通过多次浸渍裂解处理后可获 得致密度较高的Cf／SiC复合材料。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用1研究进展近年来，随着碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料（CCR）性能优越的发现，越来越受到科学家和工程师的关注。
并且CCR的陶瓷相结构具有极高的抗热、抗冲击、抗腐蚀和耐磨性能。
然而，由于其微观和宏观机械性能调控能力较弱，该复合材料在应用中仍受到一定的限制。
近期，CCR材料的性能优势受到了很多研究者的重视，各种新型结构，复杂的组合加工工艺及增强技术被提出。
例如，抗腐蚀性能可以通过制备复合表面层来改善；抗热、抗受力能力可以通过控制碳纤维的尺寸和排列方式来改善；耐磨性能可以通过引入碳材料的碳-氧化物多层复合来增强。
最近，一些拥有改良机械性能的新制备工艺也被研究并实施，包括激光熔覆、前景碳化熔覆、快速增材成型、焊接熔覆和高速冲击等。
2应用对于碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料，主要应用于航空航天、船舶航行及军事等方面，其优越的机械性能使其成为一种非常理想的重要应用材料。
如果说航空飞机，这种复合材料可以替代大部分传统金属。
由于复合材料的轻重比和热稳定性更佳，可以帮助飞机减轻重量。
此外，其优越的抗受力和抗腐蚀性能还可以防止复合材料受到高温或低温环境的影响。
此外，由于复合材料可以克服传统金属在热响应速度受到拘束的缺点，在军事上其应用也都非常广泛。
最新研究表明，该材料很容易改变其形状，使用CCR，军事装备及其它武器物品可以取得更好的效果。
3结论碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料的研究及应用正在逐渐受到重视，复合材料的热稳定性、高抗受力和抗腐蚀性等优势在航空航天、船舶航行及军事领域都得到了广泛的应用。
此外，新的制备工艺也取得了巨大的进步，可以有效地改善复合材料的机械性能。
因此，未来碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料将有望发展出更强大的功能更适应更多应用场景。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
图3 293 K 和673 K 时准静态压缩后断口 SEM 照片
03
Cf/SiC复合材料的界面
定义：Cf/SiC复合材料界面位于碳纤维与SiC陶瓷 基体结合处，作为纤维与基体间传递载荷的过渡区， 是Cf/SiC复合材料的一个重要组成部分, 其组织结 构、力学性能和失效规律都直接影响着复合材料整 体的力学性能, 所以界面特性的研究对Cf/SiC复合 材料力学性能的影响具有重要意义。
界面结合强度一方面应强到足以传递轴向载荷并具有高的横向强度;另一方面要弱到 足以沿界面发生横向裂纹及裂纹偏转直到纤维的拔出, 才能达到复合材料作为热结 构材料使用的要求。
界面结合强度
Байду номын сангаас
化学结合 即互扩散结合, 在Cf/SiC复合材料的制备过 程中, 其界面反应主要是Si原子向纤维内部 的扩散, 这种扩散使得SiC基体与纤维结合 很强, 并且对纤维本体造成很大的损伤。若 要改善Cf/Si C复合材料的界面, 可通过在碳 纤维表面制备氧化涂层来实现。例如, 纤维 表面涂覆氮化硼 (BN) 、富碳SiC、SiC、硼 (B) 等涂层, 均有较好的效果, 纤维表面涂层 能够阻止或尽可能减少碳纤维与SiC基体间 的化学反应, 减轻对纤维本身的损伤, 因此 能大大提高Cf/SiC复合材料的力学性能。
碳纤维增强碳化硅基复合材料
LOREM IPSUM DOLOR SIT AMET CONSECTETUR
01 02 03 04 05
01
碳纤维增强体 SiC陶瓷基体
制备工艺
增强体碳纤维
基体SiC
SiC的分解温度为2600°C, 密度为3.17g/cm3。SiC陶瓷不仅 常温力学性能 (包括抗弯强度、硬度、耐腐蚀性、抗磨损性) 高, 而且高温力学性能 (强度、抗氧化性、抗蠕变性等) 是已 知陶瓷材料中最优的。热压烧结、无压烧结的Si C陶瓷, 其 高温强度在1600℃高温下仍保持不变。SiC陶瓷热膨胀系数 和摩擦系数低, 导电和导热性能优良, 缺点是脆性大。用碳 纤维来增强SiC陶瓷基体, 使材料在断裂过程中通过裂纹偏 转、纤维拔出和纤维断裂等机理吸收能量, 既增强了材料的 强度和韧性, 又保持了SiC陶瓷良好的高温性能, 是获得高性 能高温结构复合材料的极好方法。
行业研究报告-陶瓷基复合材料（CMC）与碳化硅纤维专题
陶瓷基复合材料(CMC)与碳化硅纤维核心观点：●更高的高温特性、更低的密度，CMC材料成为新型大推重比发动机理想材料。
发展更高效率发动机的关键在于提高工作温度，而提高工作温度之关键又取决于材料的研制，因此具有耐高温、低密度、抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等一系列优越性能的CMC材料，成为了新型高推重比航空发动机、空天飞机等重要武器装备高温部件的理想材料。
在航空发动机上，CMC材料主要用于热端部件，如喷管、燃烧室火焰筒、低压涡轮静子叶片和喷管调节片等，并逐步探索在低压涡轮转子叶片的应用，在高压载荷区域的应用尚在探索期。
●碳化硅纤维是制备CMC材料的重要原材料。
CMC材料主要由增强纤维、陶瓷基体、界面层制备而成。
其中，碳化硅纤维的研制技术处于快速发展中，且其作为增强纤维能够为CMC材料带来更好的耐热性能，是制备CMC材料的重要原材料，正日益受到航空发动机领域的关注。
●国外已发展出三代碳化硅纤维，国内已突破各项关键技术，进行一二代产品产业化生产。
目前，国外已发展出三代碳化硅纤维，并实现了三代产品的产业化。
国内正以产学研模式开展工艺的创新与技术的产业化，已突破制备过程的各项关键技术，初步实现了一、二代产品的产业化。
国防科技大学是中国最早进行碳化硅纤维研制的单位，目前已与苏州赛菲、宁波众兴新材展开合作；此外，厦门大学已于2015年3月与火炬电子签署《技术（技术秘密）独占许可合同》展开合作。
●CMC材料应用范围广阔，重点应用领域航空航天将推动CMC产业发展。
强军政策下，航空/航天发动机作为飞机与火箭的“心脏”，将成为现代化武器装备体系的重要一环。
“两机”专项的启动，也将推动中国航空发动机的研制与生产。
CMC材料是大推重比发动机热端部件的理想材料，航空航天对于大推重比发动机的需求将直接拉动CMC材料的需求。
此外，除了航空/航天发动机的热端部件，CMC材料还在刹车片、卫星光机构件、热防护结构、核电设备构件、光伏/电子构件等领域有着较广泛的应用。
先驱体转化法制备碳纤维增强碳化硅复合材料的研究
先驱体转化法制备碳纤维增强碳化硅复合材料的研究
张长瑞;陈朝辉
【期刊名称】《复合材料学报》
【年(卷),期】1994(011)003
【摘要】本文采用有机硅先驱体聚碳硅烷转化成碳化硅制备连续碳纤维增强的碳化硅基复合材料。
对其制备工艺，如碳纤维体积分数的控制，液相浸渍聚碳硅烷热解转化成碳化硅基体的致密化等进行了研究。
结果表明，该工艺对制备连续纤维增强的陶瓷基复合材料是一种有效的方法，易于实现纤维和的成型，复合。
致密化过程不损伤纤维。
对其Ｃ／ＳｉＣ复合材料的性能进行了表征，Ｃ纤维具有明显增韧碳化硅的效果，其断裂机制表现为转性特征。
【总页数】7页(P26-32)
【作者】张长瑞;陈朝辉
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料的制备碳纤维增强碳化硅三维网状多孔陶瓷复合材料的制备 [J], 肖路军;黄小忠;杜作娟;唐秀之
2.高性能连续碳纤维增强碳化硅复合材料的制备及其高温力学性能的研究 [J], 焦健;史一宁;邱海鹏;孙明;李秀倩;罗京华
3.高性能连续碳纤维增强碳化硅复合材料的制备及其高温力学性能的研究 [J], 焦
健;史一宁;邱海鹏;孙明;李秀倩;罗京华
4.先驱体转化法制备低成本碳纤维增强陶瓷基复合材料研究 [J], 简科;林红吉;陈朝辉;马青松
5.连续碳纤维增强碳化硅复合材料的制备与性能研究 [J], 朱时珍;李俊红;于晓东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
1。化学 气相渗透 法(CVI)
https://www。wps。cn
化学气相渗透法(CVI)是在化学气相沉积(CVD)的基础上开发的。 主要制备流程为：先将碳纤维预制体置于密闭的反应室内，在高 温下采用蒸气渗透法，将反应气体渗入到预制体内部或表面产生 化学反应，生成陶瓷基体。对于Cf／SiC复合材料的CVI制备工艺 常以三氯甲基硅烷(MTS)、四甲基硅烷(TMS)等反应气体为原料， H2为载气，Ar为稀释气体，高温下抽真空在碳纤维预制体上沉积 SiC陶瓷基体。
改善：均热法、热梯度法、等温强制流动等工艺
2、先驱体转化法(PIP)
先驱体转化法(PIP)是近年来发展迅速的一种制备Cf／SiC复合材料的制备工艺，由于成型工艺简单、 制备温度较低等特点而受到关注。该方法是利用有机先驱体在高温下裂解进而转化为无机陶瓷基体。 基本流程为：将含Si的有机聚合物先驱体(如聚碳硅烷、聚甲基硅烷等)溶液或熔融体浸渍到碳纤维预 制体中，干燥固化后在惰性气体保护下高温裂解，得到SiC陶瓷基体，并通过多次浸渍裂解处理后可获 得致密度较高的Cf／SiC复合材料。
强化理论研究，在理论上确定纤维与基体之间的最佳界面结合强度，从而使材料的强度和韧性都达到最 佳值，因此应重视多种增强、增韧机制的协同作用；
对Cf／SiC复合材料在高温氧化环境中的氧化行为及机理进行深入的研究，以提高其抗氧化性能； 应重视推动Cf／SiC复合材料向结构、功能一体化方向发展，最大程度地挖掘出Cf／SiC复合材料的应
6.展望
现有的制备工艺成本高、生产周期长，需要发展更好制备工艺来降低生产成本，因此，如何开发出新工 艺方法或优化现有工艺方法以缩短制备周期，降低生产成本是Cf／SiC复合材料制备过程中研究的重 点；
目前，碳纤维预制体的编织技术落后成为制约Cf／SiC复合材料发展的一大难点，今后应重视发展碳纤 维预制体的理论设计，优化Cf／SiC复合材料制备工艺；
碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备及微观组织结构研究
碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备及微观组织结构研究下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的制备与微观组织结构探究一、引言在航空航天、核能和高温热工设备等领域，对具有优异高温性能和良好力学性能的材料需求日益增加。
碳纤维增强碳化硅基复合材料的研究
耐腐蚀 、 疲 劳 、 胀 系 数 小 等 一 系 列 要 求 。碳 纤 耐 膨
维拥 有 良好 的高温 力学 性 能 和热性 能 ， 在惰 性 环 境
纤维工业化 ， 碳纤维是先进 复合材料中最重要的增 强材料， 所以世界各国对发展碳纤维都给予 了高度
重视 。一 。 。
中超过 ２０ ％仍 能保 持其 力学性 能 不 降低 ， ００ 用碳 纤 维 增强碳 化硅 陶瓷 材料 ， 料在 断 裂 过程 中通 过 裂 材 纹 偏转 、 纤维 断 裂 和纤 维 拔 出 等 机 理 吸 收 能 量 ， 既 增 强 了材 料 的强度和 韧 性 ， 又保 持 了 ＳＣ 陶 瓷 良好 ｉ
ＺＨ ＡＮＧ ｈｕ— ｑ ｎ，ＬＩＸｉｏ — ｅ ｉ，Ｗ ＡＮＧ ａ Ｓ ｉ ａ ｈ Ｆ ｎｇ
（ ｅ ｔｏ ｔｒ ｌ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｉｎ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｍ ７ ０ ５ ， ｈｎ ） Ｄ ｐ． ｆ ｅｉ ｉ ｅ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅｉ ，Ｘ ｈ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｃｅ ｅ ａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ ＸＫ １０ ４ Ｃ ｉａ Ｍａ ａ Ｓ ｎ ｎ ｅ ｉ ｎ ｏ
关键词 ： 碳纤维 ； 碳化硅 ；ｆＳＣ复合材料 ； Ｃ ｉ ／ 界面
中图 分 类 号 ：Ｑ ７ ．７ Ｔ １ １７ 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｂ ｎ ｆ ｅ ｅｎ ｏ ｃ ｄ ｓｌ ｏ ａ ｂ ｄ ｏ ｏ ｉ ｓ ｓ ａ ｃ ｆ ｃ ｒ ｏ ｂ ｒ ｒ ｉ ｆ ｒ ｅ ｉ ｃ ｎ ｃ ｒ ｉ ｅ ｃ ｍｐ ｓｔ ｉ ｉ ｅ
的高温性 能 ， 是获得 高性 能 高温 结 构复 合 材料 的极
目前碳 纤维 的生产 原 料分 为三 大体 系 ： 丙烯 聚
碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的研究进展(精)
碳纤维、PAN基碳纤维和沥青基碳纤维。粘胶基碳纤维由于产率低、性能差、成本高等原因己逐步被淘汰，目前主要集中在PAN基和沥青基两种。PAN基碳纤维主要是高强度型，沥青基碳纤维主要是高模量型，还有高强和高模兼具的碳纤维。
目前碳纤维的开发朝两个方面发展：一是高性能化，通过设计更合理的微观结构和更先进的处理工艺来提高纤维的力学性能，外观上则表现为纤维直径减小、纤维束丝数增加，日本东丽公司的TX1 9.实验室的碳纤维抗拉强度已经达到3GPa；二是低成本化，由于碳纤维生产成本高，价格昂贵，在很多领域的应用受到限制，美FORTAFIL公司开发了Fortafil系列纤维，在保
PIP Si工艺是通过将的有机高聚物溶液或熔融体浸渍碳纤维预制件，干燥固化后在惰性气氛
保护下高温裂解，得到SiC SiC基体。的聚合物先驱体有：聚碳硅烷（PCS）、聚甲基硅烷
[1-3]
（PMS）、聚烯丙羟基碳硅烷（AHPCS）等。由于有机聚合物在转变为无机陶瓷的过程中要失去小分子，体积收缩，因此需要循环多次才能致密化，一般反复浸渍-
文献标识码：A
文章编号：1007-9815（2003）02-0015-06
前 言
在航空航天工业和能源工业等领域，随着新型发动机的研制和新概念航天运载器的发展，对高温结构材料提出了更高的要求。如航空发动机
的热效率主要取决于涡轮前的进口温度，当发动机的推重比为10 1 650时，涡轮前进口温度达℃，在这样高的温度下，传统的高温合金材料已经无法满足要求，材料研究者把目光转向了陶瓷材料，高温结构陶瓷成பைடு நூலகம்了研究的热点。
碳纤维增强ＳｉＣ陶瓷复合材料的研究进展
邹世钦，张长瑞，周新贵，曹英斌
（国防科技大学410073航天与材料工程学院国防科技重点实验室，湖南长沙）
碳纤维增强陶瓷基复合材料制备与性能研究
碳纤维增强陶瓷基复合材料制备与性能研究近年来，随着科技的发展和应用领域的不断扩大，复合材料作为一种新型材料，得到了广泛的关注和应用。
其中，碳纤维增强陶瓷基复合材料具有高强度、高韧性和优异的耐磨、耐高温、耐腐蚀等优点，成为了研究热点。
本文将围绕碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备及其性能展开讨论。
一、碳纤维增强陶瓷基复合材料的制备1. 碳纤维增强陶瓷基复合材料的基本结构碳纤维增强陶瓷基复合材料通常由碳纤维、陶瓷基体和界面层三部分组成。
其中，碳纤维是材料的增强骨架，陶瓷基体则是材料的主体，界面层则是起着粘合作用的介质。
2. 制备方法制备碳纤维增强陶瓷基复合材料的主要方法有CVD法、CVI法、热压法和固相反应法等。
其中，CVD法和CVI法是制备过程比较复杂和耗时耗材的方法，而热压法和固相反应法则是目前主流的制备方法，具有成本低、生产效率高等优点。
具体来说，热压法制备的碳纤维增强陶瓷基复合材料，首先将经过涂覆的碳纤维与预先制备好的陶瓷基体放置在定制的铝箔模具中，经过混合和加热后，形成具有一定形状和尺寸的烧结体。
最后通过高温处理和微调制备完整的复合材料。
固相反应法则通过溶液淋渍碳纤维基体，并使其入侵到预先定制好的陶瓷基体中，使其在一定温度下反应成为复合材料。
该方法适合于生产大规模和高精度的复合材料。
二、碳纤维增强陶瓷基复合材料性能研究1. 强度和韧性碳纤维增强陶瓷基复合材料的强度和韧性是其优越性能之一。
具体表现在复合材料的断裂伸长率大，韧性高，不易出现脆性断裂现象。
同时，由于加入了碳纤维增强骨架，使得复合材料的弯曲强度、抗拉强度和抗压强度也相应增强。
2. 耐磨性由于碳纤维和陶瓷两者的互补和优化，使得碳纤维增强陶瓷基复合材料具有超强的耐磨性。
在优化设计和加工精度的情况下，复合材料可长期使用在高速摩擦和磨损的环境中，具有广泛的应用前景。
3. 耐高温和耐腐蚀性由于陶瓷基体具有缺陷、密度小等缺陷，因此碳纤维增强陶瓷基复合材料具有较高的温度和腐蚀稳定性，能够在高温环境下保持结构稳定性和力学性能。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展摘要：作为先进高温结构陶瓷材料的典型代表SiC烧结体材料具有优良的性能，应用十分广泛，但是，单一的SiC 烧结体材料的断裂韧性低和难以烧结致密的缺点使得其应用受到一定的限制。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有密度低、高强度、高韧性和耐高温等综合性能, 已得到世界各国高度重视。
本文综述了碳纤维的研究进展,Cf/ SiC复合材料的制备方法,并分析了各种制备方法的优缺点。
概述了Cf/SiC复合材料作为高温热结构材料和制动材料的应用状况。
关键词: 碳纤维; 碳化硅; Cf/SiC ;复合材料1 引言碳化硅陶瓷因具有高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温和低密度而被广泛用于高温和某些苛刻的环境中, 尤其在航空航天飞行器需要承受极高温度的特殊部位具有很大的潜力。
但是, 陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力, 在断裂过程中除了产生新的断裂表面吸收表面能以外, 几乎没有其它吸收能量的机制, 这就严重限制了其作为结构材料的应用。
碳纤维具有比强度高、比模量大、高温力学性能和热性能良好等优点, 在惰性气氛中2000℃时仍能保持强度基本不下降。
用碳纤维增强碳化硅复合材料, 材料在断裂的过程中通过纤维拔出、纤维桥联、裂纹偏转等增韧机制来消耗能量, 使材料表现为非脆性断裂。
Cf /S i C复合材料综合了碳纤维优异的高温性能和碳化硅基体高抗氧化性能, 受到了世界各国的高度关注, 并广泛应用在航空、航天、光学系统、交通工具(刹车片、阀)等领域。
2 增强相碳纤维的发展碳纤维的最早发展可以追溯到十九世纪, 而作为结构材料使用的碳纤维的发展始于二十世纪50年代, 1950 年美国空军基地研究所以人造丝碳化制得纤维。
1958年以后美国就基本实现了人造丝碳纤维工业化, 碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料, 所以世界各国对发展碳纤维都给予了高度重视。
[ 1]目前碳纤维的生产原料分为三大体系: 聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括对碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备工艺过程的简要介绍，以及该复合材料的特点和应用前景。
概述部分内容示例：碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料是一种具有优异性能和广泛应用前景的复合材料。
本文旨在介绍碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程。
首先，我们将对该复合材料的特点进行探讨。
其次，我们将详细介绍该复合材料层合板制备的工艺过程，包括材料准备、层压、热处理等环节。
最后，通过总结与展望，我们将对该工艺的优势和潜在应用领域进行分析和展望。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料具有轻质、高温抗氧化性、高强度、良好的耐腐蚀性能等诸多优点。
由于其独特的材料组成和结构特性，该复合材料在航空航天、能源领域以及汽车制造等领域都有着广泛的应用前景。
其中，碳纤维的加入使复合材料具有出色的强度和刚度，碳化硅陶瓷基材料的特点则赋予了这种复合材料优异的高温稳定性和耐腐蚀性。
因此，碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程成为研究的热点和关注的焦点。
通过本文的研究，我们将详细介绍碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板的制备工艺过程，包括原材料的选择和预处理、复合材料的层压工艺和热处理等关键环节。
这些工艺过程在实际应用中起着至关重要的作用，并对最终材料的性能和品质产生重要影响。
通过深入研究和实验验证，我们将全面探讨这些工艺过程的优化方法和技术要点，以期能为碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板的制备工艺提供有价值的参考和研究基础。
总之，本文旨在通过对碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料层合板制备的工艺过程进行探索和研究，以期为该复合材料的制备工艺提供可行性和技术支持。
通过深入理解该复合材料的特点和工艺过程，我们可以为其应用领域的拓展和进一步研究提供参考和依据。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究 A Study of the Ceram ic M atrix Com po sitesR einfo rced by Carbon F ibers杨雪戴永耀赵广文金东明 (北京航空材料研究院 Yang Xue D ai Yongyao Zhao Guangw J in Dongm ing (In stitu te of A eronau , B eijing [摘要 ]使用 CVD ,全渗入到基体里面。
这是由于“瓶颈” 效应所致 , , 进而封闭了通向大气孔的入口。
为此 , ( 通过控制反应气体通道位置和试样的加热位置 , , 使用 PCCVD 技术制造的 C Si C 复合材料 , 。
[]O ne of the p rob lem s w ith the u se of CVD techn iques to den sify the ceram ic m a 2 trix reinfo rced by fibers is the difficu lty in ach ieving com p lete infiltrati on 1T h is is due to “ bo ttle 2 neck ” effects in w h ich the CVD m atrix clo ses off s m all po res , w h ich in tu rn b lock s access to larg 2 er po res 1To th is end a new m ethod , po siti on con tro l CVD (PCCVD , to overcom e the difficu lty above m en ti oned is p resen ted1B y m ean s of con tro lling the reach ing po siti on of react gases and the heating po siti on in m atrix , the clo se po res in the m atrix den sified by PCCVD techn ique have no t com e in to being from start to fin ish 1T here are on ly a few , if any , po res in m atrix and the den sity of C Si C com po sites m anufactu red by PCCVD techn ique can ach ieve 96%of theo retical den sity 1 Keywords carbon fibers reinfo rcedceram ic m atrix com po sites1引言发展更高效率热机的关键在于提高工作温度 , 而提高工作温度之关键又取决于更高工作温度材料的研制。
镍、钴基高温合金已发展到接近其使用温度的极限 , 因此要进一步提高发动机的效率 , 就必须研制和发展陶瓷基复合材料。
连续纤维增强陶瓷基复合材料 (CFCC 是最有希望满足发动机高温部件要求的材料 , 而制造 CFCC 的工艺则是其中最关键的问题。
传统的热压烧结工艺会大大损伤纤维 , 并使纤维和基体发生严重的化学反应 [1~3]。
溶胶 2凝胶法 (so l2gel 和化学气相沉积 (CVD 或渗透 (CV I 则是制造 CFCC 的较好方法 , 但使用溶胶 2凝胶法生产出的复合材料密度较低 , 制造温度仍较高 (约 1300~1400℃ , 而且还需加压 , 不够理想。
而 CVD (CV I 只能沉积简单的薄壁件 , 如单层纤维薄片或薄壳型材料。
对于粗厚型件内部往往出现孔洞 , 存在着致密性差 (一般只能达到理想密度的 70%~ 80% [4]、不易成型且沉积时间过长等问题。
为了解决上述问题我们提出了一种新工艺新方法 PCCVD 即位控化学气相沉积法 , 并进行了初步试验。
2实验方法211实验材料通过 PCCVD 来制造碳纤维增强碳化硅复合材料。
本工艺选用高模量碳纤维 (抗张强度为 212GPa , 抗张模量为 360GPa , 密度为 118g c m 3 和甲基三氯硅烷 (M T S 。
M T S 的纯度约为 94%。
使碳化硅基体沉积在碳纤维预制件上。
212PCCVD 的原理在传统的 CVD 工艺中 , 反应气体是通过载气 (或许参加也可能不参加反应携带到加热的预制件上 , 在预制件的表面 , 气体反应形成固体沉积物 , 而反应生成的・ 9 1・碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究气体由载气带出沉积系统。
在沉积过程中 , 整个预制件里外同时沉积 , 由于预制件的外部比内部有更多的机会接触反应气体 , 而迅速达到完全沉积。
结果 , 通向预制件内部的入口被封闭 [5], 使得反应物从反应气体到预制件内部纤维表面的物质交换和生成物从纤维表面到主气流的物质交换变得非常困难。
最后 , 从复合材料的表面上看 , 得到了完全的沉积 , 但其内部存有较多的气孔。
另一方面 , 由于复合材料的表面是不受限制的沉积 , 所以复合材料的外形达不到所规定的尺寸要求。
PCCVD 通过控制试样的加热位置 , 控制反应气体通道位置 , 从而达到控制沉积位置的三位控沉积法。
PCCVD 不是在整个试样上同时沉积 , 而是在一个不断移动的截面上沉积 , 沉积部分的交界面 , 称为沉积界面。
的一端移到另一端时 , 程中 , 的 , , 全部是开口沉积。
, 试验中最高可达其理论密度的 96%。
图 1为PCCVD的工艺简图。
图 1 PCCVD 的工艺简图F ig 11 T he schem atic of PCCVD technique1模子中的温度分布 ; 2温度分布 ; 3温度峰 ; 4完全沉积部分 ; 5未沉积部分 ; 6模子和预制件 ; 7沉积界面的移动方向 ;8气体试剂的流动方向 ; 9模子的移动方向 ; 10沉积界面上主气流的流动方向 ; 11沉积界面PCCVD 技术很复杂 , 由于整个过程中发生着物理和化学变化及相互作用 , 使用 PCCVD 制造的复合材料其性能受很多因素的影响 , 如 :碳纤维的类型、模子和预制件的设计及 M T S 的纯度等 , 但最重要的先决条件包括 :(1 靠近沉积界面有一陡的温度梯度并且该温度峰值等于沉积温度 ;(2 沉积界面上温度梯度的方向基本与主气流的流动方向垂直。
在放试样的模具内部与外部应产生一定的压力差 , 迫使反应气流经沉积界面后流出 ;(3 沉积界面以一定的速度在沿温度梯度方向移动并且移动速度必须与预制件中碳化硅的沉积速度相匹配 ;(4 将反应气体引入模子通过沉积界面 , 迫使其在沉积界面上进行反应 , 然后由泵将反应后的气体从模子中抽出。
213模具模具的设计是 PCCVD 中重的一环。
本实验采用石墨模具。
气体全部流经试样 , 2的反应室示于图 2。
反应室由石英制成 , 其中部有一个具有特定几何形状并能在长度方向产生温度梯度 (参见图 1 的石墨感应发热体。
最初将装有碳纤维的模子置于石墨感应发热体的下端 , 当将模子以适当的速度移进感应发热体里时 , 其移进石墨感应体里的部分通过辐射加热形成一个达到沉积温度的热区。
M T S 和载气通过一根管子被直接插进模子内部。
反应室里为负压。
由于模子与管子间的密封 , 把气体送入相对于反应室为正压的预制件内部 , 这样模子内部与外部间会产生一个压力差 , 迫使气体流过碳纤维预制件。
移进沉积温度区的碳纤维预制件部分开始沉积 , 而未移进该区的部分仍有气体流过 , 沉积界面上的沉积随模子逐渐移进感应发热体逐步地进行 , 一旦基体达到完全沉积时流过模子的气体将被阻止。
图 2 PCCVD 反应室的简图F ig 2 Schem atic of the reacto r cham ber used fo r PCCVD ・02・材料工程 1999年 2期3实验结果与讨论PCCVD 是制造纤维增强陶瓷特别是连续纤维增强陶瓷复合材料的新方法。
通过改变 PCCVD 的工艺参数来研究其对沉积的影响程度 , 以便控制沉积条件。
本实验用于沉积的标准条件为 :沉积温度 1150~ 1250℃ , 气流速度为60c m 3 m in , 氢气与 M T S 之比为 10 1, 模子移动速度 (也可以说是沉积界面移动速度为 015mm m in 。
碳纤维预制件的尺寸为 3mm ×4mm ×50mm 。
纤维的体积含量约为 50vo l %。
由 PCCVD 制造(a 1200× (b 1000×图 3用 PCCVD 制造的 C Si C 的 SE M 像F ig 13 T he SE M of C Si C m anufactured by PCCVD的 C Si C 复合材料 SE M 分析结果示于图 3a 和图 3b 。
由图 3a 可见 , 所有的碳纤维几乎都被 Si C 基体所包围 , 其中几乎不含气孔。
由图 3b 可以看出 , 由于模子的移动速度较高 , 仍存在着一些气孔。
按上述条件制备的 C Si C 复合材料 , 当模子移动速度为 215mm 30m in 、纤维体积含量为 50vo l %时 , 其密度已达到 2144g c m 3, 试样密度为理论密度的 96%。
PCCVD 能沉积出比较致密的试样的关键所在是必须使沉积界面上有新鲜的反应气体流过。
如果模子移动速度过慢 , 该工艺反应时间将很长 , 而其速度过快 , 碳化硅基体中将有很多气孔。
气孔的形成与模子移速度之间的关系如图 4所示。
其中图 4a , 由于模具的推进速度和 Si C 的沉积速度相匹配 , 因此沉积界面比较平坦。
而图 4b 则因推进速度较快 , 在沉积界面上还未沉积好 , 高温区已推向前进 , 致使已有的沉积界面未沉积好 , 又形成新的沉积界面 , 从而形成一个开口的瓶状的未沉积区。
这时 , 反应气体难以进入“瓶”内 , 而“瓶”口由于接触新鲜的反应气体较多沉积速度快 , 最终如图 4c 所示 , 把“瓶”口封死 , 形成孔隙。
因此 , PCCVD 的关键是在沉积温度下 , 硅烷气体供应充足时 , 模具的推进速度必须等于或小于 Si C 沉积速度。
这时 , 存在一个最大移动速度。
影响复合材料密度的主要参数为模子的移动速度和纤维体积分数 , 一般说纤维的体积分数愈大允许的模子移动速度愈快。