2D C_f/SiC复合材料渗硅工艺的研究

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:limiao912
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连续碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料(Cf/SiC)具有低密度、高热导率、高强度、低热膨胀系数以及优异的摩擦磨损、抗氧化性能等优点,具有广泛的应用前景。在众多制备工艺中,液/气相渗硅法是制备Cf/SiC复合材料成本最低的。本文通过手糊成型工艺将碳纤维布叠层制作2D Cf/C坯体,系统研究了硅粉用量、渗硅温度、渗硅时间、坯体密度对制备2D C/SiC复合材料结构与性能的影响,获得了制备2D Cf/SiC复合材料的最佳渗硅工艺条件;并对Cf/C坯体中C含量进行优化,提高Cf/SiC复合材料的抗氧化能力。通过碳纤维布手糊成型制作C/C预制体,研究液/气相渗硅法、硅粉量、渗硅温度、渗硅时间对渗硅法制备的2D Cf/SiC复合材料密度和弯曲强度的影响。结果表明:采用改进液相渗硅法制备2D Cf/SiC复合材料,采用1.5倍硅粉、渗硅温度为1550 ℃、渗硅时间为3 h时,复合材料性能较好,其弯曲强度和密度分别为:128 MPa、2.15 g/cm3。通过理论计算探讨坯体密度与渗硅量的关系,并以碳纤维布手糊成型制作C/C坯体,通过液相渗硅法反应合成2D Cf/SiC复合材料,研究C/C坯体密度对2D Cf/SiC复合材料结构和性能的影响。结果表明:通过理论分析可知,Cf/SiC复合材料的密度与C/C坯体的密度密切相关,C/C坯体的密度在0.96 g/cm3左右时,复合材料密度较大。实验结果表明,当C/C坯体密度大于0.96 g/cm3时,随着C/C坯体密度增大,Cf/SiC复合材料的密度及弯曲强度均降低,当坯体密度为0.98 g/cm3时,Cf/SiC复合材料的弯曲强度和密度最大,分别为 134.51 Mpa,2.24 g/cm3。通过氧化失重法研究Cf/SiC复合材料的抗氧化性能,研究了复合材料、及添加SiC微粉和单向碳纤维缠绕件制得的渗硅样品的抗氧化失重情况。结果表明:1.02 g/cm3的C/C坯体渗硅后制得的复合材料,经氧化后失重50%左右;未被硅渗入的碳区在氧化后形成较大的孔洞,力学性能较差。通过外往酚醛树脂中加入碳化硅,可以减少渗硅样品中碳含量和微裂纹,提高复合材料的抗氧化性能;此外碳纤维束缠绕件经渗硅、氧化后,可制得单向多孔SiC/Si复合材料。
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