C/C-SiC复合材料原位反应制备工艺的研究

论文摘要

本文采用高能球磨,将Si、C混合粉体的浆料浸渗到碳纤维布中,利用热压烧结过程中Si、C的原位反应制备了C/C-SiC复合材料。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对复合材料进行了物相分析和形貌观察,并探讨了高能球磨和热压烧结的工艺参数。采用称重法进行了碳纤维及相应复合材料的等温氧化试验,并对其抗氧化性能及原因进行了分析。通过研究球磨时间、球磨转速、球料比、球磨气氛等因素对高能球磨Si、C粉体的影响,确定了适于原位反应的粉体的球磨工艺参数。在碳纤维表面制备稀土转化膜对碳纤维进行活化,有膜层的碳纤维在其表面易于生成SiC,而且膜层在高温下的作用要比低温下明显的多。通过XRD测试发现在1450℃烧结的情况下有α-SiC和β-SiC两相SiC生成,而且基体的结构不会因为烧结时间的变化而发生变化;当烧结温度升高到1800℃时,α-SiC会转变为该温度下的热力学稳定相β-SiC。烧结时间的延长和烧结温度的提高都可以有效的提高材料的致密度。复合材料热压烧结所采用的温度越高,则碳纤维表面的SiC层越均匀,在纤维表面铺展的越好。比较复合材料及C/C材料的抗氧化性能,复合材料的氧化失重率远低于C/C材料。氧化反应活化能结果表明,C/C-SiC复合材料的氧化活化能高于单一的C/C材料,复合材料的抗氧化性能得到提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 常见FRCMCs的基体和增强体纤维的种类
• 1.2.1 常见FRCMCs增强体纤维的种类和性能
• 1.2.2 常见FRCMCs的陶瓷基体种类
• 1.3 FRCMC的制备技术
• 1.3.1 固相法
• 1.3.2 气相法
• 1.3.3 液相法
• 1.4 碳纤维增强陶瓷基复合材料的力学性能
• 1.4.1 界面相对材料性能的影晌
• 1.4.2 烧结温度对材料性能的影响
• 1.5 C/C-SiC复合材料的应用现状
• 1.5.1 航空燃气涡轮发动机的应用
• 1.5.2 热保护系统（Thermal Protection System ,TPS）的应用
• 1.5.3 高温连接件的应用
• 1.5.4 光学和光机械结构中的应用
• 1.6 本文研究的主要内容及意义
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 碳纤维活化
• 2.2.2 复合材料的制备
• 2.2.3 复合材料的密度测试
• 2.2.4 复合材料的组织观察
• 2.2.5 复合材料弯曲性能测试
• 2.2.6 复合材料抗氧化性能测试
• 第3章 C/C-SiC复合材料的制备
• 3.1 引言
• 3.2 原位反应生成SiC热力学分析
• 3.3 球磨工艺参数的确定
• 3.3.1 球磨转速和球磨时间
• 3.3.2 球料比
• 3.3.3 球磨气氛
• 3.3.4 球磨工艺的确定
• 3.4 C/C-SiC复合材料的制备工艺
• 3.4.1 C/C-SiC复合材料的制备工艺流程
• 3.4.2 生坯材料的制备
• 3.5 本章小结
• 第4章 C/C-SiC复合材料烧结工艺的研究
• 4.1 引言
• 4.2 碳纤维的活化
• 4.2.1 碳纤维表面稀土转化膜的制备
• 4.2.2 稀土转化膜对材料烧结性能的影响
• 4.3 烧结时间
• 4.3.1 不同烧结时间的复合材料产物分析
• 4.3.2 烧结不同时间后纤维的形貌
• 4.3.3 烧结时间对复合材料致密度的影响
• 4.4 烧结温度
• 4.4.1 不同烧结温度下复合材料的产物分析
• 4.4.2 不同烧结温度下纤维的形貌
• 4.4.3 烧结温度对复合材料致密度的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 复合材料的抗氧化性能和力学性能
• 5.1 引言
• 5.2 复合材料抗氧化性能的研究
• 5.2.1 不同温度下复合材料的抗氧化性能
• 5.2.2 烧结温度对复合材料抗氧化性能的影响
• 5.2.3 复合材料抗氧化机理探讨
• 5.3 复合材料力学性能的初步研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢