T300和JC2#纤维增强C/SiC复合材料力学性能对比

以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,采用聚合物浸渍裂解法(PIP)分别制备得到T300碳纤维和JC2#碳纤维增强C/SiC复合材料。JC2#C/SiC复合材料具有优异的力学性能,抗弯强度和断裂韧性分别达到662MPa和19.5MPa.m1/2;T300 C/SiC复合材料表现出低强度、高脆性,其抗弯强度和断裂韧性不足前者的四分之一。T300 C/SiC复合材料低性能的根本原因在于T300纤维在PCS裂解过程中性能严重下降,复合材料中纤维与基体间存在强界面结合是另一个影响因素。     

准陶瓷Cf/SiC复合材料的制备

采用热重-差热(TG-DTA)、红外(IR)等分析测试手段,研究了聚碳硅烷(PCS)的裂解及化学转化过程,从理论上验证了先驱体聚碳硅烷(PCS)600℃裂解产物的准陶瓷特性.先驱体聚碳硅烷在600℃呈现一种半有机、半无机状态,其产物具有准陶瓷的特征,在大约750℃出现无机化转变高峰,固称其为准陶瓷.以碳布、准三维编织体、三维编织体为增强体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在600℃制备了碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)准陶瓷基复合材料.结果表明,以三维编织体增强的准陶瓷Cf/SiC复合材料获得了较理想的结构、性能,所制备3D-Cf/SiC复合材料密度仅有1.27g/cm3,弯曲强度达到193.69MPa,室温拉伸强度为197.69MPa,600℃拉伸强度为167.33MPa.复合材料断口形貌分析表明,在低温600℃制备的准陶瓷Cf/SiC复合材料呈现明显的韧性断裂特征.     

先驱体转化致密碳化硅纳米复合材料的制备及其热电性能

以聚碳硅烷和锑改性聚硅烷为先驱体,利用先驱体转化Si C材料的富余自由碳高温石墨化的微观结构演变特点,采用热压烧结、先驱体浸渍-裂解法以及退火工艺制备出先驱体转化Si C纳米复合材料。采用SEM、TEM、XRD和Raman等测试手段表征和分析了相组成和微观结构,讨论了样品的热导率、电导率和塞贝克系数等热电参数随温度变化关系。研究表明,所得致密Si C纳米复合材料为n型热电材料。由于纳米石墨的作用,材料热导率抑制在4~8W/(m·K)范围。1600℃退火处理能够降低热导率,同时提高电导率和塞贝克系数绝对值,使先驱体转化法得到的Si C纳米复合材料无量纲热电优值ZT达到0.0028(650℃),高于其他已报道的致密Si C/C复合材料和纳米复合材料体系。     

先驱体转化致密SiC纳米复合材料的制备及其热电性能

以聚碳硅烷和锑改性聚硅烷为先驱体,利用先驱体转化SiC材料的富余自由碳高温石墨化的微观结构演变特点,采用热压烧结、先驱体浸渍—裂解法以及退火工艺制备出先驱体转化SiC纳米复合材料。采用SEM、TEM、XRD和Raman等测试手段表征和分析了相组成和微观结构,讨论了样品的热导率、电导率和塞贝克系数等热电参数随温度变化关系。研究表明,所得致密SiC纳米复合材料为n型热电材料。由于纳米石墨的作用,材料热导率抑制在4–8W/(m?K)范围。1600°C退火处理能够降低热导率,同时提高电导率和塞贝克系数绝对值,使先驱体转化法得到的SiC纳米复合材料无量纲热电优值ZT达到0.0028（650°C）,高于其他已报道的致密SiC/C复合材料和纳米复合材料体系。     

聚碳硅烷先驱体制备SiC基复合材料的性能研究

本文以聚碳硅烷(PCS)为先驱体,SiC晶须,SiC微粉或C纤维为增强剂,热解转化制得SiC/SiC或C/SiC复合材料,研究其制备工艺过程对材料的力学和热物理性能的影响。结果表明:PCS在1300℃下转化为β-SiC微晶并将未烧结的增强剂网络在一起形成SiC/SiC或C/SiC复合材料。该SiC基复合材料具有较好的常温和高温机械强度,优异的耐热疲劳和抗热震性能,在1300℃空气中具有良好的抗氧化性。     

不同裂解温度对制备SiCf/Si-O-C复合材料性能研究

以聚硅氧烷为先驱体,研究先驱体转化过程中在不同的裂解温度下对制备SiCf/Si-O-C复合材料性能影响.结果表明,当裂解温度在700℃、800℃时,陶瓷基复合材料的弯曲强度分别为255.2 MPa、309.0 MPa;当裂解温度在1000℃时,陶瓷基复合材料的弯曲强度为45.3 MPa.对SiCf/Si-O-C复合材料的微观结构及载荷-位移曲线进行分析,发现界面结构是影响SiCf/Si-O-C复合材料性能的主要因素.     

聚碳硅烷／二乙烯基苯快速升温裂解制备Cf/SiC复合材料

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,采用快速升温裂解制备了3D-B Cf/SiC复合材料.结果证明:裂解升温速率的提高可以大大缩短制备周期,同时可以提高材料密度和形成较好的界面结合,从而提高材料的力学性能.制备得到的Cf/SiC材料室温弯曲强度达到556.7MPa.     

Cf/SiC陶瓷基复合材料防氧化涂层制备工艺研究

本文主要探索了以有机硅先驱体聚碳硅烷为粘结剂、采用热压烧结的方法制备Cf/SiC陶瓷基复合材料及碳化硅防氧化涂层的一体化工艺,探讨了聚碳硅烷含量、热压温度和压力对涂层防氧化效果的影响,并对涂层前后的Cf/SiC复合材料的防氧化性能进行了比较。结果表明:采用该工艺制备的SiC涂层Cf/SiC复合材料的防氧化性能显著提高。     

CVD碳与裂解碳对C/SiC微观结构和力学性能的影响

以粘胶基碳纤维毡为原料,经CVD沉积碳增密处理后,采用酚醛树脂浸渍-裂解对C/C预制体的密度进行调节,通过气相硅渗透反应工艺制备了C/SiC复合材料.利用SEM对C/C预制体和C/SiC复合材料的显微形貌进行了表征.研究了CVD碳和裂解碳对C/SiC微观形貌和力学性能的影响.结果表明:CVD碳含量较低时,碳纤维将受到气相硅的反应性侵蚀,反之则造成复合材料中残余碳含量过高、SiC基体相含量偏低,材料力学性能下降.当CVD碳的体积分数为17.5％、裂解碳的体积分数为12.0％时,得到的C/SiC力学性能最佳,其强度和模量分别为217MPa和209 GPa.     

三维编织碳纤维增强莫来石复合材料的制备与性能

结合Al2O3溶胶—凝胶技术和聚硅氧烷浸渍裂解技术制备出三维编织碳纤维增强莫来石复合材料(3D BCf/mullite)。研究表明,以AlCl3·6H2O和(CH2)6N4为原料的溶胶—凝胶工艺能制备出纳米γ Al2O3粉,它与聚硅氧烷在1400℃N2中共裂解可反应生成莫来石。所得3D BCf/mullite的密度为1.784g/cm3,弯曲强度和断裂韧性分别为282.5MPa和17.7MPa·m1/2。材料中较多的孔隙是材料密度和弯曲强度不高的原因所在。     

纳米材料和纳米技术提升传统产业

纳米材料具有一些特殊的、优异的性能,将纳米材料作为复合添加剂对某些传统产品进行改性,可以显著提高产品的性能或使他们具有新的功能。研究了不同的纳米复合材料在聚胺酯合成革、外墙涂料、塑料、抗菌剂、永磁铁氧体以及润滑油等方面的改性和工程应用,并简述了利用纳米技术在改造和提升传统产业方面取得的成果以及在产业化方面做出的实质性业绩。     

用B4C陶瓷先驱体涂复碳纤维研究

用溴苯和BF3乙醚为起始原料,合成出聚对亚苯基硼(PPB),高温裂解后得到含B4C 54.4%、B2O2 13.6%、自由碳32%的陶瓷.用溶液浸涂碳纤维(CF)并高温裂解后得到B4C涂层CF,与未涂层CF相比,B4C涂层CF抗热氧化性提高200°C.1800°C热压时B4C涂层CF较未涂层CF制得的CF/SiC复合材料的σb值提高10.5% ,KIC值提高19.4%,1850°C热压时相应的σb值提高31.6%,KIC提高5.8%.     

Cf/SiC复合材料制备过程对碳纤维的损伤

对几种类型的碳纤维在Cf/SiC复合材料制备工艺中的先驱体中氧含量及高温热处理和PCS浸渍裂解处理过程中造成的损伤进行了考察,并探讨了损伤机制.结果表明,碳纤维石墨化程度和表面状态的差别会对其在复合材料制备过程中的损伤程度产生影响.石墨化程度高的M40JB碳纤维损伤程度较大;表面呈活性的JC1#碳纤维对外界条件的变化较为敏感;而石墨化程度不高而表面不活泼的JC2#碳纤维则损伤程度较小且较稳定.     

Micromechanical simulation and experimental investigation of aluminum-based nanocomposites

Ceramic reinforced metal matrix nanocomposites are widely used in aerospace and auto industries due to their enhanced mechanical and physical properties. In this research, we investigate the mechanical properties of aluminum/Nano-silica composites through experiments and simulations. Aluminum/Nano-silica composite samples with different weight percentages of silica nanoparticles are prepared via powder metallurgy. In this method, Nano-silica and aluminum powders are mixed and compressed in a mold, followed by sintering at high temperatures. Uniaxial tensile testing of the nanocomposite samples shows that adding one percent of Nano-silica causes a considerable increase in mechanical properties of nanocomposite compared to pure aluminum. A computational micromechanical model, based on a representative volume element of aluminum/silica nanocomposite, is developed in a commercial finite element software. The model employs an elastoplastic material model along with a ductile damage model for aluminum matrix and linear elastic model for nano-silica particles. Via careful determination of model parameters from the experimental results of pure aluminum samples prepared by powder metallurgy, the proposed computational model has shown satisfactory agreement with experiments. The validated computational model can be used to perform a parametric study to optimize the micro-structure of nanocomposite for enhanced mechanical properties.     

三维石英纤维增强氮化物基复合材料的烧蚀性能及显微结构

采用先驱体转化法制备了三维石英纤维增强氮化物基复合材料(3D SiO2f/Si3N4-BN),用等离子射流烧蚀方法研究了复合材料的烧蚀性能,运用扫描电镜及能谱仪对烧蚀表面微观形貌进行了观察和分析。结果表明氮化物基复合材料在高压高热流等离子体烧蚀下线烧蚀率为0.91mm/s,石英纤维熔融并被吹除带走了大量的热量,熔融层抑制了基体的机械剥蚀。基体由于强度高、升华温度高,延缓了熔融层的吹除,表明氮化物基复合材料是一种良好的耐高温烧蚀透波材料。     

连续碳化硅纤维的研制

本文研究了用先驱体法制备连续碳化硅(SiC)纤维的全过程。通过常压高温裂解法制得纺丝性能好的聚碳硅烷,经100孔熔融纺丝、不熔化处理和高温烧成等一系列工艺处理,制得了高性能的SiC纤维。该纤维单丝直径8～15微米,连续长度达100米,抗拉强度为2～2.3GPa,抗拉模量178GPa。主要性能达到日本同类产品八十年代的水平。本文还对制备工艺的一些基本规律及连续纤维的主要性能进行了研究。     

RTM工艺整体成型复合材料连接裙轴压性能

整体成型的固体火箭发动机复合材料连接裙有助于连接裙的减重及其使用性能的提高。本文采用RTM工艺制备出了全复合材料整体连接裙并对其进行了轴压承载性能考核。试验结果表明,RTM工艺整体成型的复合材料连接裙质量均匀,在设计载荷作用下,连接裙的轴向应变远小于0.5%的复合材料许用应变指标,连接裙的轴向表观结构刚度为40.9GPa。     

界面热阻对金刚石/银复合材料导热率的影响

研究了金刚石／银复合材料的导热率与金刚石的含量、粒度等之间的关系,着重讨论了界面热阻对复合材料导热率的影响。并阐述了金刚石表面镀钛,能有效改善金刚石对银的润湿性,降低界面热阻,从而提高金刚石／银复合材料的导热率。     

Cf/SiC复合材料抗氧化涂层的制备及性能

在氧化性环境中,高于400℃时碳纤维开始氧化,限制了Cf SiC复合材料的应用。通过在Cf SiC复合材料表面制备抗氧化涂层体系,可以有效地保护碳纤维不被氧化。本实验制备了含CVD SiC粘接层、自愈合功能层和CVD SiC抗冲蚀层的三层涂层体系,并进行了氧化失重试验。氧化失重试验结果表明,仅有CVD SiC涂层的试样氧化失重率较大,不能有效地保护材料,而含有自愈合功能层的三层涂层体系的材料试样,在800℃～1200℃的氧化失重率非常小,1000℃下氧化288h的失重率仅为2.3%,弯曲强度仍保持为452.9MPa。同时实验发现,试样在氧化失重试验后,其CVD SiC涂层的表面形貌有明显改变,这主要是由SiC氧化形成SiO2薄膜所致,并且在1200℃下所生成的SiO2薄膜有表面收缩趋势,具有液相膜的部分特征。