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。     

裂解温度对PIP制备2D Cf/Si-O-C复合材料结构与性能的影响

以二维碳纤维布、硅树脂先驱体、SiC微粉和乙醇溶剂为原料,采用先驱体转化工艺制备了2D Cf/Si-O-C复合材料,考察了裂解温度对材料结构和性能的影响。结果表明,首周期裂解温度对制备材料的力学性能有重要影响,纤维-基体间的界面弱化是复合材料力学性能提高的主要原因;第6周期采用合适的温度裂解可提高复合材料的力学性能,其弯曲强度和断裂韧性分别达到了263.9MPa和12.8MPa.m1/2。     

高温空气下C/SiC复合材料力学性能测试

测试了C/SiC复合材料在高温空气下的压缩、弯曲和拉伸性能,利用扫描电子显微镜分析复合材料在室温与高温条件下的断口微观形貌。结果表明:从室温升温到1 000 ℃测试温度时,C/SiC复合材料的压缩强度由247 MPa降低至78 MPa,性能降低68%;弯曲强度由480 MPa降低至277 MPa,性能降低42%;拉伸强度由247 MPa降低至152 MPa,性能降低38%。高温氧化导致界面退化,损伤材料基体与碳纤维结构,加剧了纤维断裂程度,改变了纤维与基体的结合状态,纤维增韧机制逐渐消失,导致复合材料性能下降。     

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.     

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.     

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.     

3维C/SiC-ZrC复合材料的制备及其性能研究

针对超高温环境应用需求,采用化学气相渗透工艺(CVI)与先驱体浸渍-裂解工艺(PIP)联用制备了3维碳纤维增强SiC-ZrC基复合材料(C/SiC-zrC),并研究了SiC含量对C/SiC-ZrC复合材料力学性能、抗氧化性能和抗烧蚀性能的影响.结果表明,随着SiC含量的增加,C/SiC-ZrC复合材料的强度逐渐降低,静...     

聚硅氧烷先驱体转化制备2D Cf/Si-O-C材料

以二维碳纤维布和廉价的聚硅氧烷为原料,采用先驱体转化工艺制备2D Cf/Si-O-C材料,对其力学性能进行了考察,并与以聚碳硅烷为先驱体制备的2D Cf/SiC材料在价格和性能方面进行了对比。实验表明,2D Cf/Si-O-C材料力学性能较2D Cf/SiC材料有所下降,但成本大大降低。2D Cf/Si-O-C材料弯曲强度达到157.9 MPa,断裂韧性达到8.4MPa.m1/2,剪切强度达到23.4MPa,并且在1400℃下能较好保持材料的力学性能。     

树脂浸渍裂解对气相硅反应渗透C/SiC的影响

粘胶基碳纤维毡经过CVD工艺进行沉积碳增密处理后,采用酚醛树脂浸渍—裂解对C/C素坯的密度进行调节,通过气相硅渗透反应工艺制备了C/SiC复合材料。研究了树脂浸渍—裂解对C/C素坯密度和气孔率的影响规律,分析了树脂裂解碳对C/SiC显微形貌和力学性能的影响。结果表明:随着树脂浸渍—裂解循环次数的增加,素坯密度增加,孔隙率降低;裂解碳含量为27wt%时,C/SiC复合材料的强度和模量达到最大,分别为231MPa和209GPa。通过控制裂解碳含量,可以实现对C/SiC复合材料力学性能和微观结构的裁剪。     

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.     

用溶胶-凝胶法制备碳纤维三维编织物增强氧化铝基复合材料的研究

本文研究了溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－ｇｅｌ）法制备碳纤维三维编织物增强氧化铝（Ａｌ２Ｏ３）基复合材料的成型工艺及其力学性能，研究了两种主要起始物Ａｌ（ＮＯ３）３、ＡｌＣｌ３配制的氧化铝溶胶对复合材料成型工艺和力学性能的影响。分别以Ａｌ（ＮＯ３）３和ＡｌＣｌ３为起始物，制备得到Ⅰ＃、Ｉ＃复合材料。研究表明，以Ａｌ（ＮＯ３）３为起始物配制的溶胶粘度较小，利于材料的致密化。经过溶胶浸渍、凝胶、裂解１３个周期后，Ⅰ＃材料的密度和室温三点弯曲强度分别为１．８６ｇ／ｃｍ３和１４５．２ＭＰａ，而ＩＩ＃材料的密度和室温三点弯曲强度分别为１．６３ｇ／ｃｍ３和１０４．１ＭＰａ，材料均呈典型的韧性断裂模式。用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察试样的断口形貌，发现断口表面有大量的纤维拔出，纤维表现了较好的增韧效果。     

添加SiC微粉对硅树脂先驱体转化3D Cf/Si-O-C材料性能的影响

以三维碳纤维织物和廉价的硅树脂为原料,采用先驱体转化工艺制备3D G/Si-O-C材料,考察了浸渍液中添加SiC填料对材料微观结构、力学性能和抗氧化性能影响.结果表明:添加适量的SiC填料有助于减少基体孔隙,改善界面结合,从而提高材料的力学性能;而SiC含量过高时,容易在材料内部形成闭孔,从而导致材料力学性能下降.当SiC微粉含量为18.2%时,材料具有最好的力学性能,弯曲强度和断裂韧度分别为421.3MPa和13.0 MPa·m1/2;而材料的抗氧化性能随着SiC微粉含量的增加而增加,当SiC微粉含量为25.0%时,材料的弯曲强度保留率最高,达到了89.5%.     

惰性填料对SiCf/Si-O-C陶瓷材料的性能影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法制备了SiCf/S i-O-C陶瓷复合材料.研究了惰性填料(SiC、SiO2及SiO2空心微珠)对材料的力学性能及热性能的影响.微观结构的分析表明,填料引起的界面结构与密度的变化是影响SiCf /Si-O-C复合材料性能的主要原因.     

Synergistic effect of hybrid Himalayan Nettle/Bauhinia-vahlii fibers on physico-mechanical and sliding wear properties of epoxy composites

The cellulosic bast fibers are recognized as a justifiable and biodegradable substitute for producing moderate strength polymer composite materials because of their characteristics of renewability, eco-friendliness, and higher specific strength. Hence the aim of this research work is to fabricate Himalayan bast fibers (Nettle fiber (NF)/bauhinia vahlii fiber (BF)) based mono/hybrid epoxy composites at varying weight percentage of 2–6 wt% and evaluate the physical (void fraction and water absorption), mechanical (tensile strength, flexural strength, hardness) and sliding wear properties of as-fabricated composites. The 6 wt% NBF reinforced composites exhibited higher mechanical properties as compared to NF and BF composites with tensile strength of 34.04 MPa, flexural strength of 42.45 MPa, and hardness of 37.01 H_v respectively. The influence of various control factors (sliding velocity, NF/BF/NBF contents, normal load and sliding distance) on specific sliding wear rate of composites was evaluated by Taguchi (three factors at three levels) experimental design and the percentage contribution of these selected parameters on sliding wear performance was examined by Analysis of variance (ANOVA). The sliding wear property of as-developed composites was found to be greatly influenced by sliding velocity and the wear resistance was observed to be improved with the NF/BF/NBF contents. The wear mechanism of the as-fabricated composites has been elucidated by scanning electron microscopy analysis. The research outcomes demonstrated that the hybridization of Bauhinia vahlii fiber with Nettle fiber led to improve the mechanical and wear properties of epoxy composites.     

聚碳硅烷纤维无机化过程中弯曲的形成及对SiC纤维性能的影响

先驱体转化法制备连续SiC纤维无机化过程中有明显的失重和收缩,造成了纤维弯曲,从而影响了纤维的单丝强度和束丝拉伸性能。根据聚碳硅烷(PCS)纤维的无机化过程,探讨了SiC纤维弯曲的种类和形成原因,通过力学分析研究了弯曲对SiC纤维性能的影响;根据弯曲形成原因,提出利用加张热交联和加张烧成的方法解决纤维的弯曲问题,从而提高SiC纤维的性能。     

碳纤维强度的统计特性及对复合材料线芯力学性能的影响

测试了国产T300级碳纤维的单丝和复丝拉伸强度,并用Weibull分布来描述碳纤维单丝平均拉伸强度。采用拉挤工艺制备出国产碳纤维复合线芯,测试了国产碳纤维复合线芯的弯曲强度和短梁剪切强度性能。结果表明:国产T300级碳纤维单丝拉伸强度性能达到东丽T300碳纤维水平,且分散性更小;复丝强度略低。国产T300级碳纤维集束性较差,在拉挤抽纱过程中,容易夹纱和起毛。在纤维体积含量基本相同情况下,国产T300级碳纤维复合线芯力学性能与东丽T700碳纤维复合线芯力学性能相差不大。     

UHMWPE纤维混凝土基本力学性能研究

研究了一种由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维增强的新型纤维混凝土基本力学性能。针对C70等级高强混凝土,设计了四种体积掺量纤维混凝土,通过立方体抗压、劈裂抗拉和四点弯曲抗折试验,分析了纤维掺量对混凝土力学性能的影响。结果表明：UHMWPE纤维对混凝土的抗压强度增强作用不明显,但较大提高了混凝土的抗拉强度和抗折强度,且对混凝土有很好的阻裂、增韧效果。在纤维体积掺量为0.3%~0.5%时,劈裂抗拉强度提高25%以上;掺量0.5%时,弯曲抗折强度提高率超过23%。