【摘 要】
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纤维增强SiC基复合材料具有高强度、高模量、高硬度、化学惰性、抗辐射和高熔点等优势,满足了航空航天和核电领域对材料性能的要求。现有的纤维增强SiC基复合材料制备工艺已经较为成熟,但仍存在周期过长的问题,影响了材料在未来的大规模应用。本文采用放电等离子烧结制备纤维增强SiC基复合材料。文章探索了纤维增强SiC基复合材料的快速制备方法,并对制备出的材料性能进行了研究。第一部分通过SiC陶瓷的制备探索了
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纤维增强SiC基复合材料具有高强度、高模量、高硬度、化学惰性、抗辐射和高熔点等优势,满足了航空航天和核电领域对材料性能的要求。现有的纤维增强SiC基复合材料制备工艺已经较为成熟,但仍存在周期过长的问题,影响了材料在未来的大规模应用。本文采用放电等离子烧结制备纤维增强SiC基复合材料。文章探索了纤维增强SiC基复合材料的快速制备方法,并对制备出的材料性能进行了研究。第一部分通过SiC陶瓷的制备探索了烧结的配方和温度制度。陶瓷浆料采用30nm SiC和Al2O3、Y2O3制备而成,期间还加入了分散剂和粘结剂。在烧结升温速率为100℃/min,降温速率为50℃/min,最高温度保温时间20min的制度下,陶瓷在高于1600℃时才能烧结。烧结压力需要尽可能大,但考虑到石墨模具的承受能力,最终设置为20MPa。实验通过制备SiC陶瓷发现了烧结过程中石墨模具内部温度分布不均匀,SiC和周围氧化物反应生成了硅单质和碳氧化物的现象。第二部分通过Cf/SiC复合材料的制备对比了纤维缠绕法、浆料注射法、纤维布叠层法三种不同的制备工艺。不同工艺制备出材料性能的差异来源于浆料浸渍效果不同。纤维缠绕法制备出的材料性能最好弯曲强度可达155.4MPa,弹性模量达53.4GPa,其制备的材料在不同温度呈现出三种不同的断裂特征。实验发现碳纤维的添加可以让烧结过程中的炉腔温度分布更加均匀,避免SiC基体的分解。第三部分采用三代KDS-SiC纤维制备出了SiCf/SiC复合材料并对其性能进行了表征。表面沉积Py C涂层的纤维制备出的材料最高强度可达782.1MPa,比无涂层纤维强度高55%。对材料的微观分析发现了烧结温度会影响晶粒的生长和涂层的损耗。SiC基体对Py C涂层的腐蚀程度要大于SiC纤维。复合材料中SiC基体的晶粒较大,结晶程度好,但晶粒尺寸不均匀;SiC纤维的晶粒较小,结晶程度不佳,但晶粒尺寸较为均匀。
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