C f /SiC復合材料陶瓷連接層的設計、制備與連接性能研究
發(fā)布時間：2021-07-23 02:45
碳纖維增強碳化硅陶瓷基（Cf/SiC）復合材料結(jié)合了SiC陶瓷和碳纖維的耐高溫、耐腐蝕、高比剛度、高熱導率及低密度等優(yōu)點,作為高溫結(jié)構(gòu)材料被廣泛應用于航空航天、軍事、能源等領域。復雜內(nèi)型面結(jié)構(gòu)以及大尺寸Cf/SiC復合材料結(jié)構(gòu)件提出了迫切的應用需求是一種發(fā)展趨勢,其一次整體成型難度非常大。采用特定的連接技術把結(jié)構(gòu)相對簡單的復合材料構(gòu)件可靠連接起來是制備復雜結(jié)構(gòu)Cf/SiC復合材料構(gòu)件及大尺寸Cf/SiC復合材料結(jié)構(gòu)件行之有效的方法。因此,Cf/SiC復合材料的可靠連接技術是實現(xiàn)復雜內(nèi)型面結(jié)構(gòu)以及大尺寸Cf/SiC復合材料工程化應用需要解決的關鍵技術。本課題旨在開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定連接的反應連接技術,利用有機樹脂作為碳源和粘結(jié)劑,通過在復合材料之間制備與Cf/SiC復合材料熱物性和物理相匹配的碳化硅基陶瓷中間層,實現(xiàn)復合材料的穩(wěn)定連接,對推進Cf/SiC復合材料工程化應用具有重要的意義。孔徑可控的多孔碳素坯是高致密、強...
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所)上海市
【文章頁數(shù)】：161 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
CVI工藝流程示意圖
Cf/SiC 復合材料陶瓷連接層的設計、制備與連接性能研究制備形狀復雜、大尺寸的陶瓷基復合材料，并可實現(xiàn)近凈尺寸成型；（c）聚合物前驅(qū)體分子結(jié)構(gòu)可設計，基體的組成易于通過前驅(qū)體的選擇做出調(diào)整，且具有比CVI 法更高的陶瓷轉(zhuǎn)化率。但是該制備工藝也存在一些不足：（a）制備的復合材料基體組成為非化學計量化學組成，且為非晶態(tài)或微晶結(jié)構(gòu)，高溫下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化；（b）為制備致密度較高的復合材料，必須經(jīng)過反復浸漬-交聯(lián)-熱解，提高了成產(chǎn)成本；（c）基體密度在裂解前后體積收縮可達 50%~70%，微結(jié)構(gòu)不致密，導致在基體內(nèi)部存在氣孔和裂紋等缺陷，從而對復合材料的性能造成影響。
這些都制約著機械連接在 Cf/SiC 復合材料連接領域的應用[34]。復合材料機械連接結(jié)構(gòu)通常有 4 種破壞模式：擠壓破壞、拉伸破壞、劈裂破壞和剪切破壞。機械連接的破壞模式和連接強度的影響因素主要有：幾何參數(shù)（E/D，端距、孔徑比；W/D，寬度、孔徑比；D/t，孔徑、厚度比；）、緊固件類型、配合間隙、擰緊力矩等多個因素。BuketOkutan 等[35]、YulingTang 等[36]、Sun 等[37]等系統(tǒng)的研究了這些影響因素對機械連接接頭連接性能的影響，對機械連接結(jié)構(gòu)失效過程有了初步的認識，對改善機械連接結(jié)構(gòu)連接性能提供了理論基礎。近年來，經(jīng)過大量科研人員的探索性研究，成功研制出能夠在-100-1800℃使用的纖維增強復合材料連接件，接頭連接強度抗拉伸強度能夠達到 230MPa。Li 等[38]通過反應連接過程結(jié)合前體滲透和熱解（PIP）過程制備 Cf/SiC 復合材料連接桿和連接螺栓，這種連接方式可以承受很高的溫度和應力。通過改善緊固件的耐高溫性能以及連接工藝參數(shù)等影響因素的條件之后，機械連接仍然是連接陶瓷基復合材料的有效有段之一。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Na2O-B2O3-SiO2玻璃焊料連接碳化硅陶瓷接口抗熱震性能[J]. 羅朝華,江東亮,張景賢,林慶玲,陳忠明,黃政仁. 無機材料學報. 2012(03)
[2]重復浸漬裂解先驅(qū)體高溫連接Cf/SiC陶瓷基復合材料[J]. 所俊,張凌江,陳朝輝. 稀有金屬材料與工程. 2007(S3)
[3]C/C-SiC陶瓷基復合材料剎車副摩擦性能研究[J]. 謝喬,朱冬梅,王曉艷,羅發(fā),周萬城. 稀有金屬材料與工程. 2007(S1)
[4]PIP法制備Cf/SiC復合材料過程中碳纖維的化學損傷[J]. 王建方,吳文健,胡碧茹,滿亞輝,陳朝輝. 高等學�；瘜W學報. 2006(10)
[5]采用SiC/Si3N4陶瓷先驅(qū)體連接反應燒結(jié)SiC[J]. 劉洪麗,李樹杰,張聽,陳志軍. 稀有金屬材料與工程. 2005(09)
[6]三維C/SiC復合材料在線液相滲透連接[J]. 童巧英,成來飛,張立同. 稀有金屬材料與工程. 2004(01)
博士論文
[1]熔融浸滲反應工藝制備C/ZrC復合材料及其性能研究[D]. 陳思安.國防科學技術大學 2014
本文編號：3298428
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所)上海市
【文章頁數(shù)】：161 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
CVI工藝流程示意圖
Cf/SiC 復合材料陶瓷連接層的設計、制備與連接性能研究制備形狀復雜、大尺寸的陶瓷基復合材料，并可實現(xiàn)近凈尺寸成型；（c）聚合物前驅(qū)體分子結(jié)構(gòu)可設計，基體的組成易于通過前驅(qū)體的選擇做出調(diào)整，且具有比CVI 法更高的陶瓷轉(zhuǎn)化率。但是該制備工藝也存在一些不足：（a）制備的復合材料基體組成為非化學計量化學組成，且為非晶態(tài)或微晶結(jié)構(gòu)，高溫下會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化；（b）為制備致密度較高的復合材料，必須經(jīng)過反復浸漬-交聯(lián)-熱解，提高了成產(chǎn)成本；（c）基體密度在裂解前后體積收縮可達 50%~70%，微結(jié)構(gòu)不致密，導致在基體內(nèi)部存在氣孔和裂紋等缺陷，從而對復合材料的性能造成影響。
這些都制約著機械連接在 Cf/SiC 復合材料連接領域的應用[34]。復合材料機械連接結(jié)構(gòu)通常有 4 種破壞模式：擠壓破壞、拉伸破壞、劈裂破壞和剪切破壞。機械連接的破壞模式和連接強度的影響因素主要有：幾何參數(shù)（E/D，端距、孔徑比；W/D，寬度、孔徑比；D/t，孔徑、厚度比；）、緊固件類型、配合間隙、擰緊力矩等多個因素。BuketOkutan 等[35]、YulingTang 等[36]、Sun 等[37]等系統(tǒng)的研究了這些影響因素對機械連接接頭連接性能的影響，對機械連接結(jié)構(gòu)失效過程有了初步的認識，對改善機械連接結(jié)構(gòu)連接性能提供了理論基礎。近年來，經(jīng)過大量科研人員的探索性研究，成功研制出能夠在-100-1800℃使用的纖維增強復合材料連接件，接頭連接強度抗拉伸強度能夠達到 230MPa。Li 等[38]通過反應連接過程結(jié)合前體滲透和熱解（PIP）過程制備 Cf/SiC 復合材料連接桿和連接螺栓，這種連接方式可以承受很高的溫度和應力。通過改善緊固件的耐高溫性能以及連接工藝參數(shù)等影響因素的條件之后，機械連接仍然是連接陶瓷基復合材料的有效有段之一。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Na2O-B2O3-SiO2玻璃焊料連接碳化硅陶瓷接口抗熱震性能[J]. 羅朝華,江東亮,張景賢,林慶玲,陳忠明,黃政仁. 無機材料學報. 2012(03)
[2]重復浸漬裂解先驅(qū)體高溫連接Cf/SiC陶瓷基復合材料[J]. 所俊,張凌江,陳朝輝. 稀有金屬材料與工程. 2007(S3)
[3]C/C-SiC陶瓷基復合材料剎車副摩擦性能研究[J]. 謝喬,朱冬梅,王曉艷,羅發(fā),周萬城. 稀有金屬材料與工程. 2007(S1)
[4]PIP法制備Cf/SiC復合材料過程中碳纖維的化學損傷[J]. 王建方,吳文健,胡碧茹,滿亞輝,陳朝輝. 高等學�；瘜W學報. 2006(10)
[5]采用SiC/Si3N4陶瓷先驅(qū)體連接反應燒結(jié)SiC[J]. 劉洪麗,李樹杰,張聽,陳志軍. 稀有金屬材料與工程. 2005(09)
[6]三維C/SiC復合材料在線液相滲透連接[J]. 童巧英,成來飛,張立同. 稀有金屬材料與工程. 2004(01)
博士論文
[1]熔融浸滲反應工藝制備C/ZrC復合材料及其性能研究[D]. 陳思安.國防科學技術大學 2014
本文編號：3298428
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