2D-SiCf/SiC耐高温结构吸波材料力学性能研究

论文摘要

雷达结构吸波材料具有承载和吸波双重功能,是当代隐身技术发展的重要方向。战斗机、巡航导弹等空中武器装备,其局部工作温度可达到700℃甚至1000℃以上,因此,对耐高温结构吸波材料的需求日趋迫切。本文对国产KD-I型SiC原纤维制备的2D-SiCf/SiC复合材料的吸波性能进行了研究;确定了纤维表面脱碳的热处理工艺;探讨了此热处理工艺对2D-SiCf/SiC复合材料力学性能影响及复合材料损伤机理;从纤维预处理工艺和结构设计两方面改善复合材料的力学性能;纤维表面预处理后利用PIP工艺制备了2D-SiCf/SiC复合材料,对其力学性能进行了研究;对PIP工艺制备的SiC纤维布与C纤维布铺层复合材料的力学性能进行了研究。本文首先研究了SiC原纤维制备的2D-SiCf/SiC复合材料的吸波性能,结果表明复合材料对电磁波反射强烈。通过空气中热处理工艺对SiC纤维电性能进行调节,确定SiC纤维表面脱碳的热处理工艺条件为600℃/60min。表面脱碳SiC纤维制备的2D-SiCf/SiC复合材料力学性能严重下降,主要原因是PCS裂解过程中基体体积收缩对SiC纤维物理损伤严重,并且2D-SiCf/SiC复合材料中纤维/基体之间界面结合过强。通过对纤维表面预处理改善2D-SiCf/SiC复合材料力学性能。结果表明,采用酚醛溶液对SiC纤维进行浸渍,并经裂解处理,能够改善PIP工艺制备的2D-SiCf/SiC复合材料纤维/基体之间的界面结合,当酚醛溶液中酚醛质量分数为20%时,制备的2D-SiCf/SiC复合材料的弯曲强度为81.6MPa。采用CVD SiC涂层工艺能够在SiC纤维表面形成连续、均匀的SiC涂层,SiC涂层厚度对PIP工艺制备的2D-SiCf/SiC复合材料力学性能有很大影响,适当厚度的SiC涂层能够有效调节复合材料中纤维/基体界面结合,提高材料力学性能,1100℃沉积时间为1hr时制备的2D-SiCf/SiC复合材料弯曲强度达到125.9MPa。本文还从结构吸波材料结构设计方面研究了SiC纤维布与C纤维布铺层复合材料力学性能。底层2D-Cf/SiC复合材料作为结构吸波材料中的反射层,对提高铺层复合材料力学性能发挥主要作用。研究了不同层数SiC纤维布与C纤维布制备的铺层复合材料力学性能,并且研究了裂解温度对铺层复合材料力学性能的影响。裂解温度为1000℃时,当C纤维布层数由2层增加到12层,铺层复合材料的弯曲强度由93.7MPa增加到323.5MPa。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 耐高温结构吸波材料概述
• 1.1.1 结构吸波材料
• 1.1.2 纤维增强陶瓷基结构吸波材料
• 1.1.3 SiC 纤维用于耐高温结构吸波材料研究与应用现状
• f/SiC 复合材料制备'>1.2 SiC_f/SiC 复合材料制备
• 1.2.1 SiC 纤维制备方法
• f/SiC 复合材料制备工艺'>1.2.2 SiC_f/SiC 复合材料制备工艺
• f/SiC 复合材料纤维/基体界面改善方法'>1.3 SiC_f/SiC 复合材料纤维/基体界面改善方法
• 1.4 论文的研究背景和内容
• 第二章 实验方法与结构性能表征
• 2.1 主要试剂与仪器
• 2.2 复合材料制备工艺
• 2.3 材料性能测试
• 2.3.1 SiC 纤维束丝强度的测定
• 2.3.2 复合材料密度与孔隙率测试
• 2.3.3 复合材料力学性能测试
• 2.3.4 SiC 纤维电阻率测试
• f/SiC 复合材料介电常数及反射率测试'>2.3.5 2D-SiC_f/SiC 复合材料介电常数及反射率测试
• 2.4 分析与表征
• 2.4.1 结构成分物相分析
• 2.4.2 显微组织结构分析
• 2.4.3 热重分析
• 第三章 结果与讨论
• f/SiC 复合材料吸波性能研究'>3.1 SiC 原纤维制备的2D-SiC_f/SiC 复合材料吸波性能研究
• 3.2 SiC 纤维电性能的调节
• 3.2.1 空气热处理工艺对SiC 纤维电性能影响
• 3.2.2 SiC 纤维表面脱碳处理工艺条件的确定
• f/SiC 复合材料力学性能影响及复合材料损伤机理研究'>3.3 纤维表面脱碳处理对2D-SiC_f/SiC 复合材料力学性能影响及复合材料损伤机理研究
• f/SiC 复合材料力学性能影响'>3.3.1 纤维表面脱碳处理对2D-SiC_f/SiC 复合材料力学性能影响
• f/SiC 复合材料损伤机理研究'>3.3.2 表面脱碳SiC 纤维制备的2D-SiC_f/SiC 复合材料损伤机理研究
• f/SiC 复合材料力学性能影响研究'>3.4 纤维表面预处理对2D-SiC_f/SiC 复合材料力学性能影响研究
• f/SiC 复合材料力学性能影响'>3.4.1 纤维表面酚醛裂解C 预处理对2D-SiC_f/SiC 复合材料力学性能影响
• f/SiC 复合材料力学性能影响'>3.4.2 纤维表面CVD SiC 涂层预处理对2D-SiC_f/SiC 复合材料力学性能影响
• f/SiC 复合材料性能影响比较'>3.4.3 纤维表面酚醛裂解C 预处理和CVD SiC 涂层预处理对2D-SiC_f/SiC 复合材料性能影响比较
• 3.5 SiC 纤维布与C 纤维布铺层复合材料力学性能研究
• 3.5.1 结构吸波材料结构设计
• 3.5.2 不同SiC 纤维布和C 纤维布层数对铺层复合材料力学性能的影响
• 3.5.3 裂解温度对铺层复合材料力学性能的影响
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文情况