反應熔滲法制備超高溫陶瓷改性C/C復合材料的研究
發(fā)布時間：2021-10-07 19:36
碳/碳（C/C）復合材料具有低密度、高比強度、高比模量、優(yōu)異的高溫力學性能,是新一代先進飛行器熱防護和動力系統(tǒng)的主要備選材料。由于C/C復合材料較高的氧化敏感性,嚴重限制了其在航空航天領域的應用。為了拓寬C/C復合材料在高溫氧化環(huán)境中的應用范圍,本文以2D針刺纖維預制體為增強相,以天然氣為熱解碳前驅體,采用等溫化學氣相沉積工藝制備多孔C/C復合材料,然后利用反應熔滲法在多孔C/C復合材料內(nèi)部引入SiC、SiC-ZrB2陶瓷相,以提高C/C復合材料的抗燒蝕性能。在此基礎之上,采用溶膠凝膠-碳熱還原法在多孔C/C復合材料內(nèi)部原位生長SiC納米線以增韌SiC-ZrB2改性的C/C復合材料。借助掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、熱導測試儀、熱膨脹測試儀和萬能力學試驗機對改性C/C復合材料進行微觀結構、物相組成、物理性能和力學性能進行分析,并研究改性C/C復合材料在氧乙炔火焰和固體火箭發(fā)動機羽流環(huán)境中的燒蝕行為,通過燒蝕產(chǎn)物、燒蝕形貌及相關熱物理性能探討了改性C/C材料的燒蝕機理,主要研究內(nèi)容和結果如下:采用等溫化學氣相沉積工藝制備了不同密度的C/C復合材...
【文章來源】：西北工業(yè)大學陜西省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：155 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
HfC-MoSi2復合材料燒蝕后的形貌
制備出硼化物復合陶瓷材料，如圖1-2 所示。硼化物復合陶瓷材料高溫氧化試驗研究結果表明[49-52]，在 1300-1600℃范圍內(nèi)形成的硼硅酸鹽玻璃涂層具有良好的表面自愈合性，有效阻擋氧化氣氛向復合材料內(nèi)部的擴散，從而為復合材料提供長時間的保護。在 1600-2200℃范圍內(nèi)形成的鋯硅酸鹽玻璃和過渡金屬氧化物保護層能有效抵御高溫火焰的侵蝕，從而提高了硼化物陶瓷材料的氧化防護能力和抗燒蝕性能。J.W.Zimmermann 等[53]采用熱壓燒結法制備了 ZrB2-SiC 復合材料，并研究了 SiC 含量對復合材料力學性能的影響，結果表明，當復合材料中含有27vol%的 SiC 時，具有較好的力學性能，其楊氏模量為 508 GPa，彎曲強度為 720 MPa
如圖1-3 所示，并在航空煤油發(fā)動機燃氣環(huán)境下測試了其燒蝕性能，經(jīng)過 150 s 燒蝕后，發(fā)動機噴嘴擴張段外形尺寸保持完整，沒有開裂、剝落現(xiàn)象發(fā)生，顯示了 C/SiC 復合材料在航空航天領域應用潛力。Uhlmann Franziska 等[104]將 ZrB2和 Ta 陶瓷粉預先添加到纖維預制體中，然后利用聚碳硅烷溶液填補纖維預制體中的孔隙，經(jīng)過高溫裂解后制備出了C/C-SiC-ZrB2-TaC 復合材料，研究結果表明，隨著 ZrB2和 TaC 陶瓷粉含量的增加，C/C-SiC-ZrB2-TaC 復合材料的彎曲強度、楊氏模量和層間剪切強度分別提高了 27%、28%和22%，在氧乙炔火焰燒蝕環(huán)境中添加 ZrB2-TaC 復合材料的燒蝕率降低了 50%以上。盧錦花等[105]將 HfC 前驅體、ZrC 前驅體和聚碳硅烷按一定比例混合后，經(jīng) 1500℃高溫裂解后制備了 C/C-SiC-HfC-ZrC 復合材料
【參考文獻】：
期刊論文
[1]聚合物浸漬裂解法制備C/C-ZrC-SiC復合材料的氧化行為及抗燒蝕性能研究[J]. 莊磊,付前剛,李賀軍,張佳平. 中國材料進展. 2015(06)
[2]化學氣相滲透工藝制備陶瓷基復合材料[J]. 成來飛,張立同,梅輝,劉永勝,曾慶豐. 上海大學學報(自然科學版). 2014(01)
[3]沉積位置對HfC涂層微觀結構的影響[J]. 王永杰,李賀軍,付前剛,李海亮,孫粲. 固體火箭技術. 2013(03)
[4]聚合物浸漬裂解法制備C/C-ZrC-SiC-ZrB2復合材料及其性能研究[J]. 解靜,李克智,付前剛,李賀軍,姚西媛. 無機材料學報. 2013(06)
[5]熱解炭基C/C復合材料研究進展[J]. 唐萍萍,李瑞珍,王坤杰. 炭素. 2013 (01)
[6]CVI結合漿料浸漬法制備2D C/SiC復合材料的微觀結構和力學性能（英文）[J]. 童長青,成來飛,劉永勝,張立同. 材料科學與工程學報. 2010(03)
[7]碳纖維增強碳復合材料高溫抗氧化硅基陶瓷涂層的研究進展(英文)[J]. 韓敏娜,郭領軍,李克智,李賀軍. 硅酸鹽學報. 2010(05)
[8]碳/碳復合材料基體抗氧化改性研究進展[J]. 弭群,曹麗云,黃劍鋒,王妮娜. 兵器材料科學與工程. 2010(02)
[9]W-Cu梯度功能材料的熱物理性能[J]. 劉彬彬,謝建新,陳江華. 中國有色金屬學報. 2009(03)
[10]CVI-SiC/TaC改性C/C復合材料的力學性能及其斷裂行為[J]. 熊翔,王雅雷,李國棟,陳招科. 復合材料學報. 2008(05)
碩士論文
[1]C/C-ZrB2（ZrC、TaC）超高溫陶瓷基復合材料制備工藝及性能研究[D]. 楊國威.國防科學技術大學 2008
[2]添加碳化鉭炭/炭復合材料的制備及其性能研究[D]. 趙磊.中南大學 2007
本文編號：3422644
【文章來源】：西北工業(yè)大學陜西省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：155 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
HfC-MoSi2復合材料燒蝕后的形貌
制備出硼化物復合陶瓷材料，如圖1-2 所示。硼化物復合陶瓷材料高溫氧化試驗研究結果表明[49-52]，在 1300-1600℃范圍內(nèi)形成的硼硅酸鹽玻璃涂層具有良好的表面自愈合性，有效阻擋氧化氣氛向復合材料內(nèi)部的擴散，從而為復合材料提供長時間的保護。在 1600-2200℃范圍內(nèi)形成的鋯硅酸鹽玻璃和過渡金屬氧化物保護層能有效抵御高溫火焰的侵蝕，從而提高了硼化物陶瓷材料的氧化防護能力和抗燒蝕性能。J.W.Zimmermann 等[53]采用熱壓燒結法制備了 ZrB2-SiC 復合材料，并研究了 SiC 含量對復合材料力學性能的影響，結果表明，當復合材料中含有27vol%的 SiC 時，具有較好的力學性能，其楊氏模量為 508 GPa，彎曲強度為 720 MPa
如圖1-3 所示，并在航空煤油發(fā)動機燃氣環(huán)境下測試了其燒蝕性能，經(jīng)過 150 s 燒蝕后，發(fā)動機噴嘴擴張段外形尺寸保持完整，沒有開裂、剝落現(xiàn)象發(fā)生，顯示了 C/SiC 復合材料在航空航天領域應用潛力。Uhlmann Franziska 等[104]將 ZrB2和 Ta 陶瓷粉預先添加到纖維預制體中，然后利用聚碳硅烷溶液填補纖維預制體中的孔隙，經(jīng)過高溫裂解后制備出了C/C-SiC-ZrB2-TaC 復合材料，研究結果表明，隨著 ZrB2和 TaC 陶瓷粉含量的增加，C/C-SiC-ZrB2-TaC 復合材料的彎曲強度、楊氏模量和層間剪切強度分別提高了 27%、28%和22%，在氧乙炔火焰燒蝕環(huán)境中添加 ZrB2-TaC 復合材料的燒蝕率降低了 50%以上。盧錦花等[105]將 HfC 前驅體、ZrC 前驅體和聚碳硅烷按一定比例混合后，經(jīng) 1500℃高溫裂解后制備了 C/C-SiC-HfC-ZrC 復合材料
【參考文獻】：
期刊論文
[1]聚合物浸漬裂解法制備C/C-ZrC-SiC復合材料的氧化行為及抗燒蝕性能研究[J]. 莊磊,付前剛,李賀軍,張佳平. 中國材料進展. 2015(06)
[2]化學氣相滲透工藝制備陶瓷基復合材料[J]. 成來飛,張立同,梅輝,劉永勝,曾慶豐. 上海大學學報(自然科學版). 2014(01)
[3]沉積位置對HfC涂層微觀結構的影響[J]. 王永杰,李賀軍,付前剛,李海亮,孫粲. 固體火箭技術. 2013(03)
[4]聚合物浸漬裂解法制備C/C-ZrC-SiC-ZrB2復合材料及其性能研究[J]. 解靜,李克智,付前剛,李賀軍,姚西媛. 無機材料學報. 2013(06)
[5]熱解炭基C/C復合材料研究進展[J]. 唐萍萍,李瑞珍,王坤杰. 炭素. 2013 (01)
[6]CVI結合漿料浸漬法制備2D C/SiC復合材料的微觀結構和力學性能（英文）[J]. 童長青,成來飛,劉永勝,張立同. 材料科學與工程學報. 2010(03)
[7]碳纖維增強碳復合材料高溫抗氧化硅基陶瓷涂層的研究進展(英文)[J]. 韓敏娜,郭領軍,李克智,李賀軍. 硅酸鹽學報. 2010(05)
[8]碳/碳復合材料基體抗氧化改性研究進展[J]. 弭群,曹麗云,黃劍鋒,王妮娜. 兵器材料科學與工程. 2010(02)
[9]W-Cu梯度功能材料的熱物理性能[J]. 劉彬彬,謝建新,陳江華. 中國有色金屬學報. 2009(03)
[10]CVI-SiC/TaC改性C/C復合材料的力學性能及其斷裂行為[J]. 熊翔,王雅雷,李國棟,陳招科. 復合材料學報. 2008(05)
碩士論文
[1]C/C-ZrB2（ZrC、TaC）超高溫陶瓷基復合材料制備工藝及性能研究[D]. 楊國威.國防科學技術大學 2008
[2]添加碳化鉭炭/炭復合材料的制備及其性能研究[D]. 趙磊.中南大學 2007
本文編號：3422644
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