PIP及RMI法制备C/C-SiC复合材料过程及其性能研究

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随着航天航空工业的快速发展,对适用于极端苛刻工作环境下的高性能材料需求十分迫切,提高复合材料的综合性能十分必要,包括材料的力学性能、抗氧化性能等。本文采用先驱体浸渍裂解法(Polymer Impregnation Pyrolysis,PIP法)、反应熔体浸渗法(Reactive Melt Infiltration,RMI法)在C/C坯体的基体和表面引入SiC陶瓷,制备出了一定密度的C/C-SiC复合材料。对PiP法所选用的先驱体原料聚碳硅烷(PCS)的高温陶瓷化机理进行了系统的研究,在此基础上,对PIP法制备的C/C-SiC复合材料以及PIP法和RMI法复合所制备的C/C-SiC复合材料的显微组织结构、物相组成、力学性能、抗氧化性能进行了系统研究。采用TG-DTA.FTIR.XRD.SEM以及EDS等现代分析检测手段分析了PCS在从室温至2000℃内不同阶段所裂解产生的气体、固体产物,通过研究形貌、物相组成、显微结构等一系列的变化分析PCS的高温陶瓷化机理。结果表明PCS的裂解是一个十分复杂的过程,需要经历小分子及溶剂的挥发、化学键的断裂,发生有机无机转变以及结晶长大。以PCS为先驱体通过PiP法制备C/C-SiC复合材料,该复合材料表面出现厚度约为25-30μm的SiC层,由PIP工艺引入的SiC陶瓷主要存在于不同排布方向的纤维束之间的空隙。C/C-SiC复合材料表现出明显的假塑性断裂行为,平均最大载荷为205N,平均横向断裂强度为185.8MPa。在1400℃下静态氧化一个小时后,样品的平均质量损失率为4.8%,样品表面存在着厚度约为30μm的陶瓷层,表面堆砌着许多光滑的SiO:小颗粒,对材料内部起到氧化防护作用。采用PIP法和RMI法的混合工艺制备C/C-SiC复合材料,其中PIP法以PCS为先驱体。所得复合材料表面出现厚度约为90μm的SiC层,复合材料内部较PiP法制备的C/C-SiC复合材料更为致密。混合工艺所制备的C/C-SiC复合材料表现出明显的脆性断裂行为,平均最大载荷为112N,平均横向断裂强度为101.6MPa。静态氧化后,样品的平均增重率为0.435%,样品表面陶瓷层厚度约为100μm。表面存在着光滑的SiO:玻璃层,对材料内部起着氧化保护的作用。RMI工艺可以提高C/C-SiC复合材料的抗氧化性能,但是使得力学性能下降明显。本文包含图37个,表1个,参考文献70篇。
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