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连续碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)结合了碳纤维和碳化硅陶瓷的诸多优点,是一种能满足高温应用的防热承载一体化材料。前驱体浸渍裂解(PIP)工艺具有近净尺寸成形的优点。采用PIP工艺制备的Cf/SiC复合材料(PIP法Cf/SiC)由于其制备温度(~1000℃)较低,应用过程中当工作温度超过制备温度后,碳纤维、陶瓷基体以及两者之间的界面相会出现不同程度的微结构变化,进而对复合材料的性能产生较为显著的影响。航天飞行器的舵、翼等飞行操纵面多为Cf/SiC复合材料制备。它们通过滑动摩擦副结构与固定在安定面上的相同材质外挂点相铰接,高温承载状态下铰接面的摩擦磨损特性是其工作性能的重要指标,严重影响着飞行器的姿态控制。研究PIP法Cf/SiC在高温下的微结构演变过程及其对复合材料力学性能与自对偶摩擦磨损特性的影响,可以为Cf/SiC作为热结构材料在航天领域的应用提供技术支持。本文制备了含热解碳(Py C)界面层的PIP法Cf/SiC复合材料,为得到PIP法Cf/SiC复合材料自对偶摩擦副在某航天飞行器相关工况下的性能表现,结合国内现有条件分别在RT-800℃采用高温直接测试、800℃-1800℃采用先热处理再室温测试的方法进行了PIP法Cf/SiC复合材料力学及摩擦磨损试验,系统探究了基体、碳纤维、Py C界面相三者自身以及纤维-Py C、Py C-基体两个界面的高温微结构演变规律及其对复合材料力学性能、摩擦磨损特性的影响机理,深入讨论了PIP法Cf/SiC复合材料力学性能与摩擦磨损特性之间的关系,并根据实际应用需求,开展了PIP法Cf/SiC复合材料在高温工况下的摩擦磨损特性调控技术研究,取得了以下主要结论:(1)在RT-800℃空气环境模拟工况下,PIP法Cf/SiC复合材料因服役时间较短,其整体力学性能基本保持不变。但400℃时复合材料表面碳纤维、Py C层因氧化作用使强度降低,在摩擦过程中无摩擦膜生成,摩擦学性能恶化。800℃时SiC基体表面氧化形成Si O2,因Si O2在800℃摩擦条件下发生一定程度熔融,使材料摩擦系数下降。(2)在800℃-1800℃高温Ar气氛条件下,PIP法Cf/SiC复合材料随温度升高,基体发生结晶、碳相析出及石墨化程度提高,同时缺陷增多;1600℃以上因发生碳热还原反应使纤维-基体界面由“弱”变“强”,并使碳纤维受到化学损伤。复合材料的力学性能1600℃以下变化幅度较小,1600℃以上出现显著下降;摩擦过程中由于界面变强使表面纤维剥离减少,表面碳含量增加,并减小了大尺寸碳纤维磨屑对材料表面的犁沟效应,使摩擦系数显著降低。(3)在摩擦过程中,PIP法Cf/SiC复合材料表面所受应力一旦超过材料的破坏极限,摩擦过程中材料表面将没有摩擦膜生成,或摩擦膜在摩擦过程中突然破坏,导致摩擦系数及磨损量明显上升。研究发现良好的力学性能和较高的碳含量是保证PIP法Cf/SiC复合材料在某航天飞行器高压低速往复工况下应用的必要条件。采取在碳纤维表面沉积Py C层并适当提高裂解温度、增加1-2次沥青浸渍裂解的方法,可使PIP法Cf/SiC复合材料具备更好力学性能及摩擦磨损特性。PIP法Cf/SiC在航天热结构部件自对偶摩擦副结构的应用中,通过合理的组分和结构优化,在800℃-1800℃主要工作温度范围内具有良好的力学和摩擦磨损特性,满足实际工况要求。在RT-800℃空气环境中,由于低空氧含量较高,碳纤维发生氧化使强度下降,会导致其在400℃左右摩擦性能变差,后续需要改进材料在此阶段的抗氧化性能或从结构上采取措施,减少或避免PIP法Cf/SiC复合材料自对偶摩擦副摩擦面在此过程中受到氧化,以改善此阶段的摩擦磨损特性。