B4C包覆W芯SiC纤维的制备工艺研究

论文摘要

采用化学气相沉积(CVD)工艺在W芯SiC纤维表面沉积B4C涂层,以改善增强体W芯SiC纤维与基体Ti合金两者之间的界面反应。对沉积温度、反应气体总流量及配比、走丝速度等影响W芯SiC纤维B4C涂层的工艺参数进行了详细的研究,并通过扫描电镜和纤维拉伸测试,比较了各种工艺参数对W芯SiC纤维的拉伸强度、拉伸模量及B4C涂层的厚度、表面形貌的影响。实验发现,在1100℃以下不能获得B4C涂层。在一定的工艺参数下,可以获得与原W芯SiC纤维拉伸强度最为接近(达3339MPa)的B4C涂层纤维。且在其他工艺参数不变的情况下,为优化工艺参数,应符合沉积温度﹥1210℃时,走丝速度﹥0.055m/s;或沉积温度﹤1210℃时,走丝速度﹤0.055m/s。反应气体总流量在2.25～2.7L/min之间,可以获得理想的B4C涂层。对B4C涂层表面形貌的影响,BCl3流量较小,H2和CH4流量则非常明显。沉积温度是最重要的工艺参数,影响着W芯SiC纤维的拉伸强度、拉伸模量和B4C涂层厚度、表面形貌;走丝速度和反应气体总流量影响着W芯SiC纤维的拉伸强度、拉伸模量和B4C涂层厚度;反应气体配比影响着W芯SiC纤维的拉伸强度、拉伸模量和B4C涂层的表面形貌。最后,实验得到在W芯SiC纤维表面沉积B4C涂层的最佳工艺参数为,沉积温度1210℃,反应气体BCl3流量1.2L/min,H2流量0.9L/min,CH4流量0.3L/min,清洗氢气流量1.0L/min,走丝速度0.055m/s。采用磁控溅射物理气相沉积(MSCVD)工艺制备了复合材料预制体,当热压工艺为温度950～1000℃,压力30～40MPa,时间3～4h时,制备了B4C包覆的W芯SiC纤维增强TiAl基复合材料,并通过扫描电镜表征,研究了增强体W芯SiC纤维与基体TiAl合金两者之间的界面。实验发现,B4C涂层作为牺牲层,能够有效地减缓两者之间的界面反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 SiC 纤维制备工艺及应用
• 1.2.1 SiC 纤维的制备工艺
• 1.2.2 W 芯SiC 纤维的应用
• 1.3 W 芯SiC 纤维涂层概述
• 1.3.1 国内外涂层研究现状
• 1.3.2 涂层目的
• 1.3.3 涂层要求
• 1.3.4 典型涂层介绍
• 1.4 研究目的及主要内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 主要内容
• 第二章 实验内容及方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 沉积涂层装置
• 2.2.2 制备复材装置
• 2.3 工艺过程
• 2.3.1 CVD 沉积工艺
• 2.3.2 PVD 涂层工艺
• 2.3.3 制备复材工艺
• 2.4 纤维及涂层分析
• 2.4.1 纤维拉伸强度测试
• 4C 涂层表面形貌及厚度分析'>2.4.2 B₄C 涂层表面形貌及厚度分析
• 2.5 复材界面分析
• 4C 包覆W 芯SiC 纤维的制备工艺研究'>第三章B₄C 包覆W 芯SiC 纤维的制备工艺研究
• 4C 涂层原理及工艺'>3.1 B₄C 涂层原理及工艺
• 4C 涂层原理'>3.1.1 B₄C 涂层原理
• 4C 涂层工艺'>3.1.2 B₄C 涂层工艺
• 4C 涂层后纤维拉伸强度的影响'>3.2 沉积参数对B₄C 涂层后纤维拉伸强度的影响
• 3.2.1 沉积温度的影响
• 3.2.2 反应气体总流量的影响
• 3.2.3 反应气体配比的影响
• 3.2.4 走丝速度的影响
• 4C 涂层后纤维拉伸模量的影响'>3.3 沉积参数对B₄C 涂层后纤维拉伸模量的影响
• 3.3.1 沉积温度的影响
• 3.3.2 反应气体总流量的影响
• 3.3.3 反应气体配比的影响
• 3.3.4 走丝速度的影响
• 4C 涂层厚度及表面形貌的影响'>3.4 沉积参数对B₄C 涂层厚度及表面形貌的影响
• 3.4.1 沉积温度的影响
• 3.4.2 反应气体总流量的影响
• 3.4.3 反应气体配比的影响
• 3.4.4 走丝速度的影响
• 本章小结
• 4C 包覆W 芯SiC 纤维增强TiAl 基复合材料初探'>第四章B₄C 包覆W 芯SiC 纤维增强TiAl 基复合材料初探
• 4.1 基体材料
• 4.2 制备方法
• 4.2.1 FFF 工艺
• 4.2.2 PVD 工艺
• 4.3 热压工艺
• 4C 包覆的纤维拉伸强度的影响'>4.4 PVD 对B₄C 包覆的纤维拉伸强度的影响
• 4C 涂层对复材界面反应的影响'>4.5 B₄C 涂层对复材界面反应的影响
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢