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模压制备C/C-SiC复合材料的催化石墨化过程研究

采用短纤维树脂模压＋液态聚合物浸渍/裂解＋原位反应的工艺制备了C/C-SiC复合材料,对其催化石墨化过程进行初步研究。首先分析＂炭硅反应＂工艺对石墨化度的影响,发现＂炭硅反应＂加强了硅对硼的活化作用,使炭材料的石墨化度从87.9%提高到97.3%;对制备样品的形貌分析及成分测试表明,石墨化过程伴随着＂炭硅反应＂,碳化硅在材料内部分布均匀;其次探讨了硼对石墨化的催化作用,C/C-SiC复合材料中硼酚醛树脂炭的质量分数从69.9%降低至46.3%时,石墨化度随之由91.6%降至70.4%;最后研究了硅对石墨化的影响,提出硅硼协同催化石墨化机理,当硅的添加量从0增至6.3%,石墨化度由78.1%提高至90.7%。

关键词: C/C-SiC复合材料 , 石墨化 , 炭硅反应 , 原位反应

碳布铺层方式对C/C-SiC薄壁喉衬性能的影响

王玲玲 , 嵇阿琳 , 纪伶伶 , 闫联生 , 韩明

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2014.03.013

通过CVI+PIP制备了准三维针刺C/C-SiC薄壁喉衬,预制体碳布铺层方式分别采用与喉衬内型面形状相同的仿形铺层以及与喉衬入口端角度相同30°铺层.研究了两种铺层方式对最终构件层间弯曲性能、整体承压性能以及抗烧蚀抗冲刷的影响.结果表明,构件的弯曲强度分别为205和152 MPa;水压爆破压力分别为6.5和4.9 MPa.用与材料表面夹角为30°的氧乙炔气流考查材料的抗烧蚀及冲刷性能,同角度铺层成型材料抗冲刷能力明显较好,200 s其线烧蚀率为仿形铺层成型材料的70％.

关键词: 针刺 , 铺层方式 , C/C-SiC复合材料 , 性能

C/C-SiC复合材料的反应熔渗法制备与微观组织

赵彦伟 , 孙文婷 , 李军平 , 刘宏瑞 , 张国兵

宇航材料工艺

采用无压反应熔渗法在1 550℃下将熔融Si或Si0.9Zr0.1浸渗入多孔C/C预制体中制备了高致密的C/C-SiC复合材料.系统研究了多孔C/C预制体中酚醛树脂热解碳(PIP-C)和化学气相渗透碳(CVI-C)对反应熔渗Si或Si0.Zr0.1的浸渗行为、反应程度、物相成分和微观组织的影响.结果表明:熔融Si或Si0.Zr0.1完全渗入到相邻碳纤维束间的大孔和碳纤维形成的小孔中,多孔PIP-C/C预制体较易浸渗,且反应较充分,熔渗Si0.9 Zr0.1后复合材料中除了生成大量SiC外,还有少量ZrC和ZrSi2生成,未发现游离Si.多孔PIP-C/C预制体中部分碳纤维与熔体反应,损伤纤维,而多孔CVI-C/C预制体中的沉积碳仅与熔体反应生成了一薄层,很好地保护了碳纤维,保持了碳纤维的高性能.提出反应熔渗制备C/C-SiC复合材料的形成机制:由初期的溶解-沉淀控制和后期的C向SiC层扩散控制为主.

关键词: 多孔C/C预制体 , C/C-SiC复合材料 , 反应熔渗法 , 微观组织 , 化学气相渗透

炭基复合材料与人骨的力学性能对比分析

刘京 , 肖鹏 , 于澍 , 李晓 , 吴强 , 刘立宏 , 郭晓柠 , 肖涛

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160311.001

选用3种炭基复合材料,分别为采用化学气相沉积(CVD)工艺和CVD/浸渍复合工艺制备的2种C/C复合材料以及采用CVD/熔融渗硅(MSI)工艺制备的C/C-SiC复合材料,通过对比分析3种炭基复合材料与人骨的微观结构和力学性能,研究了所选用的3种炭基复合材料作为新型骨折内固定材料的可行性.结果表明:3种炭基复合材料与人骨均具有纤维增强、多孔基体的微观结构形态.在力学性能方面,3种炭基复合材料的弹性模量与人骨都较为接近,其中C/C-SiC复合材料的力学性能与人骨最为接近,分别为弯曲强度213.0 MPa、剪切强度19.3 MPa、压缩强度228.1 MPa,有望成为理想的接骨板材料.CVD和CVD/浸渍工艺制备的C/C复合材料,弯曲强度分别仅为161.8 MPa和174.6 MPa,低于入骨的弯曲强度,后期可通过改进坯体结构和制备工艺等方法来使其力学性能与入骨相匹配.

关键词: 人骨 , C/C复合材料 , C/C-SiC复合材料 , 弹性模量 , 力学性能

C／C-SiC复合材料高温防护研究进展

周帆 , 曹英斌 , 刘荣军 , 王衍飞 , 左联

材料导报 doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.015.011

C／C-SiC复合材料具有高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数和优异的高温抗氧化性能等特点，是新一代的耐高温陶瓷基复合材料，已经被广泛地用作热结构和热防护材料、制动材料以及空间光学系统零部件等。近年来，随着高超声速飞行器和返回式航天运输工具的快速发展，飞行器面临着更多的有高热流、高压气流以及高速粒子冲蚀的环境，这对C／C-SiC复合材料的高温防护技术提出了更高的要求。C／C-SiC复合材料高温防护的研究主要集中在纤维涂层改性、基体改性和高温防护涂层等3个方面，综合近几年国内外的研究报道，从上述3个方面综述了C／C-SiC复合材料高温防护技术的研究进展，总结了各种高温防护技术的制备方法，比较了3种高温防护技术的特点，最后对C／C-SiC复合材料高温防护技术的发展趋势提出了一些见解。

关键词: C/C-SiC复合材料 , 抗氧化性能 , 抗烧蚀性能 , 纤维涂层改性 , 基体改性 , 高温防护涂层

固体冲压发动机喷管用C/C-SiC复合材料

王玲玲 , 嵇阿琳 , 高亚奇 , 崔红 , 闫联生 , 庞菲

航空材料学报 doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2015.000214

采用“化学气相渗透+先驱体浸渍裂解”( CVI+PIP)混合工艺制备固体冲压发动机用C/C-SiC复合材料喷管内层,综合考查复合材料的微观结构、弯曲性能和抗烧蚀性能以及固冲发动机C/C-SiC喷管内层水压和点火实验。结果表明：复合材料的弯曲强度达到197 MPa,且断裂破坏行为呈现典型的韧性模式；复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,氧化烧蚀200 s后线烧蚀率仅为0.0063 mm·s-1；研制的C/C-SiC复合材料构件的水压爆破压强为6.5 MPa,表明构件具有良好的整体承载能力；C/C-SiC复合材料喷管内层高温综合性能通过了固体冲压发动机点火实验考核。

关键词: C/C-SiC复合材料 , 固体冲压发动机 , 喷管内层 , 抗烧蚀性能 , 试车

用含硅芳炔树脂制备C/C-SiC复合材料

鲁加荣 , 黄发荣 , 袁荞龙 , 杜磊

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2016.03.012

以含硅芳炔树脂为先驱体,采用先驱体浸渍法(PIP)制备了C/C-SiC复合材料.首先通过炭化T300/含硅芳炔树脂(CFRP)制备了多孔C/C-SiC预制体,并探究了炭化工艺对所得多孔C/C-SiC预制体性能的影响,制得的多孔C/C-SiC预制体弯曲强度为98 MPa;然后以含硅芳炔树脂溶液为浸渍剂,浸渍多孔C/C-SiC预制体,经过4次浸渍、固化、炭化后,得到致密的C/C-SiC复合材料,其弯曲强度提升到203 MPa,同时用XRD、SEM、TEM等手段表征了复合材料的微观结构,所得C/C-SiC复合材料主要成分为β-SiC及无定型碳.

关键词: C/C-SiC复合材料 , 先驱体浸渍法 , 含硅芳炔树脂 , 含硅芳炔树脂复合材料

不同分子量聚碳硅烷的性能及对C/C-SiC复合材料增密的影响

黄剑 , 李辉 , 嵇阿琳 , 王玲玲 , 刘博

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2016.04.011

以四种分子量级别聚碳硅烷(PCS)为浸渍剂,采用CVD和浸渍-裂解工艺制备了C/C-SiC复合材料,分析了四种分子量级别PCS的分子量、软化点,分子结构和热失重性能,采用压汞法测试试件的孔隙分布特性.分析表明,PCS的软化点和800℃转化率都随着分子量的提高而提高;四种分子量级别的PCS热分解过程基本相同,分子的支化程度差异不大.数均分子量为1 178、1 333的PCS的整体致密化效率要高于数均分子量为1 550的PCS,经过7个周期致密后,分子量为1 178的PCS所致密试样的累积孔隙容积最高,分子量为1 550的PCS所致密的试样最低.前5个浸渍裂解致密周期采用分子量为1 550的PCS,以后周期采用分子量为1 178或1 333的PCS,可以达到较高的致密效率.

关键词: 聚碳硅烷 , 分子量 , C/C-SiC 复合材料 , 密度

C/C-SiC 复合材料模压成型工艺与性能研究

赵伟 , 朱波 , 施正堂 , 曹伟伟

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.增刊(Ⅰ).034

利用碳纤维编织布为增强体,采用混合粉料模压成型工艺制备 C/C-SiC 复合材料,分析了各个因素对 C/C-SiC 复合材料密度及强度影响的大小以及显著性。研究表明,树脂与石墨粉比例和纤维含量对 C/C-SiC 复合材料密度的影响比较大,而硅粉含量以及配比浓度的影响较小且基本相同；同时树脂与石墨粉比例这一因素对 C/C-SiC 复合材料强度影响也非常显著。并且随着树脂含量的减少,C/C-SiC 复合材料强度降低。

关键词: C/C-SiC 复合材料 , 模压成型 , 制备

CVD-SiC涂层的C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能

王玲玲 , 张玲 , 嵇阿琳 , 崔红 , 闫联生

宇航材料工艺

采用CVD法,1 050℃在三维针刺C/C-SiC复合材料表面制备SiC涂层,研究稀释气体与载气流量比分别为4∶1和2∶1制备条件下涂层的晶体结构、表面和断面的微观形貌,对比了涂层前后C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能.结果表明:稀释气体流量降低其制备的SiC涂层更加平整致密,与基体结合程度更好,沉积产物均为单一的β-SiC结晶相.在600 s的氧化烧蚀下,两种流量比条件下制备CVD-SiC涂层的C/C-SiC复合材料的线烧蚀率比未涂层的分别降低34％和50％,质量烧蚀率分别降低70％和75％,抗氧化烧蚀性能明显提高.

关键词: C/C-SiC复合材料 , SiC涂层 , 抗烧蚀性能

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