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CVI法制备SiCp/SiC复合材料的微结构与性能研究

2020-11-21阅读(669)

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的微结构与性能研究

论文摘要

SiC陶瓷密度低、硬度高、热膨胀系数低、导热性好、抗氧化性好,并且具有良好的高温强度和抗热震性,但由于其韧性不足而使其应川受到限制,因此常采用纤维、晶须和颗粒来增韧。其中纤维增韧复合材料具有类似金属的断裂行为,对裂纹不敏感,不会发牛灾难性损毁的高可靠性特征:颗粒复合材料具有各向同性、成本低的特点,对纤维复合材料是一种补充。传统烧结法制备的颗粒陶瓷基复合材料韧性不足、微结构不可设计,不能应用于制造大型薄壁复合材料构件,而化学气相渗透法(Chemical Vapor Infiltration,简写为CVI)制备的复合材料能弥补上述不足。 本文采用SEM、XRD、TEM和EDS等对一利用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的微结构与性能的关系以及破坏机制进行了研究。主要研究内容和结果如下: 1 研究了采用造粒和模压制得的预制体的微结构。发现预制体中的孔隙主要有两类:颗粒间的微米级孔隙和团聚体之问的毫米级孔隙,类似于纤维预制体,但团聚体经模压后的形状不太规则,接触方式较为复杂,形成的孔隙形状与纤维束问的孔隙还有很大差别。 2 研究了SiCp/SiC复合材料的界面相结构和作用机理。发现复合材料的界面层为粘结剂热解生成的玻璃碳,厚度约为0.1μm,而玻璃碳与颗粒也不是紧密结合在一起的,它们之问有大约0.15μm的SiC基体,碳界面层造成弱结合。这利一微结构导致材料强度低,并且呈脆性断裂。 3 研究了通过除碳工艺处理的SiCp/SiC复合材料的微结构。结果农明,碳没有被除尽,弱的碳界面层依然存在,没有增强界面结合强度。 4 研究了SiCp/SiC复合材料的高温氧化性能。结果表明,弯曲强度下降了20%左右。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 颗粒陶瓷基复合材料的增韧机制
  • 1.2.1 热膨胀失配增韧机制
  • 1.2.2 应力诱导微裂纹区增韧机制
  • 1.2.3 残余应力场增韧机制
  • 1.2.4 裂纹偏转和裂纹桥联增韧
  • 1.3 增韧的影响因素
  • 1.4 颗粒陶瓷基复合材料的制备工艺
  • 1.4.1 烧结法
  • 1.4.2 先驱体浸渍裂解法（PIP）
  • 1.4.3 化学气相渗透法（CVI）
  • 1.5 陶瓷基复合材料的性能测试
  • 1.5.1 弯曲强度的测试问题
  • 1.5.2 断裂韧性的评价
  • 1.6 选题依据、研究内容及日标
  • 1.6.1 选题依据
  • 1.6.2 研究内容及目标
  • 参考文献
  • 第2章 实验过程
  • 2.1 材料的制备
  • 2.1.1 预压
  • 2.1.2 干燥
  • 2.1.3 破碎
  • 2.1.4 模压成型
  • 2.1.5 制备界面相和SiC基体
  • 2.2 基本力学和物理性能测试
  • 2.2.1 弯曲强度的测试
  • 2.2.2 断裂韧性的测试
  • 2.2.3 显孔隙率
  • 2.3 相结构、化学成分和组织结构分析
  • 2.4 高温氧化性能测试
  • 2.4.1 氧化试验
  • 2.4.2 氧化性能测试分析
  • 参考文献
  • 第3章 SiCp/SiC复合材料的显微结构
  • 3.1 前言
  • 3.2 预制体的显微结构
  • 3.3 孔隙填充模式
  • 3.4 SiCp/SiC复合材料的微观结构
  • 3.4.1 工艺条件
  • 3.4.2 SiCp/SiC复合材料的微观结构比较
  • 3.4.3 气相传质特征
  • 3.5 SiC的沉积热力学与形貌
  • 3.5.1 沉积气氛压力的影响
  • 3.5.2 沉积温度的影响
  • 3.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第4章 SiCp/SiC复合材料界面相结构与作用机理
  • 4.1 引言
  • 4.2 对颗粒复合材料界面相的要求
  • 4.3 颗粒复合材料的细观力学分析
  • 4.3.1 基体与颗粒无结合时复合材料的强度
  • 4.3.2 基体与颗粒有结合时复合材料的强度
  • 4.4 界面特性与性能
  • 4.5 颗粒复合材料界面结合强度的影响因素
  • 4.5.1 颗粒相的表面几何形状、分布状况
  • 4.5.2 界面结构
  • 4.5.3 界面结合力
  • 4.5.4 界面结合情况比较
  • 4.5.5 除碳工艺对界面的影响
  • 4.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第5章 SiCp/SiC复合材料的性能测试与微结构分析
  • 5.1 前言
  • 5.2 SiCp/SiC复合材料的力学性能
  • 5.3 弯曲载荷作用下的行为特征
  • 5.4 材料的微结构特征对材料性能的影响
  • 5.4.1 气孔率和密度对材料性能的影响
  • 5.4.2 界面结合强度对SiCp/SiC复合材料弯曲强度的影响
  • 5.5 SiCp/SiC复合材料的成分分析
  • 5.6 SiCp/SiC（CVI）复合材料的增韧机制
  • 5.6.1 非均匀复合效应增韧
  • 5.6.2 适当强界面层增韧
  • 5.7 本章小结
  • 参考文献
  • 第6章 SiCp/SiC复合材料的氧化性能
  • 6.1 前言
  • 6.2 SiCp/SiC复合材料高温氧化后的微结构
  • 6.3 SiCp/SiC复合材料的氧化行为
  • 6.4 SiCp/SiC复合材料的氧化机理
  • 6.4.1 钝性氧化
  • 6.4.2 活性氧化
  • 6.5 SiCp/SiC复合材料氧化的影响因素
  • 2结晶对氧化速度的影响'>6.5.1 SiO2结晶对氧化速度的影响
  • 6.5.2 杂质对氧化的影响
  • 6.5.3 湿气氛对氧化的影响
  • 6.6 本章小结
  • 参考文献
  • 结论
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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