LA-CVI法制备C/SiC陶瓷基复合材料的微结构设计与性能调控
发布时间：2021-06-11 02:20
化学气相渗透（Chemical Vapor Infiltration,CVI）法具有对纤维造成的损伤小、基体纯度高、工艺设备简单等优点,是连续碳纤维增韧碳化硅复合材料（Continuous Carbon Fiber Reinforced Carbide Composites,C/SiC）产业化的少数几种主要制造技术之一。随着新型航空航天技术的发展,为保持构件承受机械载荷和气动载荷条件下的力学性能,CVI法制备构件时面临构件厚度增加（>4mm）与封闭式结构两大挑战,这对CVI制备过程的渗透能力提出了更高的要求。如何实现厚壁、复杂C/SiC复合材料构件的快速致密化与性能调控,是CVI技术制备高性能复合材料丞待解决的难题。为此,本文以提高C/SiC复合材料的渗透率与强韧化性能为目标,提出了采用飞秒激光辅助CVI（Laser Assisted Chemical Vapor Infiltration,LA-CVI）法制备C/SiC复合材料的新思路。通过系统研究飞秒激光对预制体传质通道制备的影响规律,以及传质通道对复合材料沉积速率、密度均匀性、性能等的调控机制,并结合传质模型和相应模拟计算进...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
C/SiC复合材料的应用领域与温度范围Fig1-1TheapplicationareasandtheapplicationtemperaturerangeofC/SiCcomposites
图 1-2 C/SiC 的内部结构单元[18]Fig.1-2 Internal constitutional units of C/SiC[18].1 增强相碳纤维在陶瓷基复合材料中主要起承载作用，其显著优点是能在较大温度范围定。目前，技术最成熟且在先进复合材料中用的最多的是聚丙烯氰（PAN）基9]。根据C/SiC结构件的承载情况以及成型、制备要求，碳纤维束设计、编织成各不同结构的碳纤维织物。该结构直接影响基体的浸渗效果和材料的强度特征，料上将会在材料内部形成初始缺陷，如：由于碳纤维与基体的热膨胀失配造成纹和界面层与纤维分层；由于浸渗不致密造成的孔洞（包括基体上的孔洞，纤孔洞，纤维之间孔洞）和C/SiC复合材料内部密度分布不均；由于复杂的成型工-C/SiC复合材料极易出现分层现象；铺层或针刺过程中引入杂质过早造成缺陷。因备C/SiC复合材料时，碳纤维编织体结构的设计至关重要。.2 界面相
第 1 章 绪论会产生孔洞和由于热膨胀系数差异产生的微裂纹（图1-3）。基体的致密度对复合材料至关重要，不仅会严重影响C/SiC复合材料的力学性能[22]，而且对会显著影响其高温抗氧化性能。C/SiC复合材料在燃气中的氧化行为的研究表明：由于SiC基体在800～1000℃中产生微裂纹形态，气体扩散严重，C/SiC复合材料易氧化；当温度升高至1250℃时，裂纹开始愈合，C/SiC复合材料被氧化行为减弱[23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学气相渗透工艺制备陶瓷基复合材料[J]. 成来飞,张立同,梅辉,刘永胜,曾庆丰. 上海大学学报(自然科学版). 2014(01)
[2]C/C-SiC复合材料的导热性能及其影响因素[J]. 李专,肖鹏,熊翔,黄伯云. 中南大学学报(自然科学版). 2013(01)
[3]多孔陶瓷热导率的影响因素及其有效热导率的数值计算方法[J]. 吴俊彦,陈斐,沈强,张联盟. 现代技术陶瓷. 2011(04)
[4]国外PAN基碳纤维的研究现状及发展趋势[J]. 钱鑫,皇静,张永刚,严庆. 高科技纤维与应用. 2011(03)
[5]飞秒激光与宽带隙材料相互作用机理研究[J]. 姜涛,赵清亮,董志伟,樊荣伟,于欣. 红外与激光工程. 2010(06)
[6]碳/碳化硅陶瓷基复合材料的研究及应用进展[J]. 陆有军,王燕民,吴澜尔. 材料导报. 2010(21)
[7]飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理[J]. 赵清亮,姜涛,董志伟,樊荣伟,于欣,罗健. 机械工程学报. 2010(21)
[8]碳化硅晶须及其陶瓷基复合材料[J]. 李缨. 陶瓷. 2007(08)
[9]SiC晶须增韧陶瓷基复合材料的研究进展[J]. 李喜宝,柯昌明,李楠. 材料导报. 2007(S1)
[10]飞秒激光与透明介质的相互作用[J]. 陈国夫. 物理. 2005(10)
博士论文
[1]核用高导热SiC/SiC组成与微结构设计基础[D]. 冯薇.西北工业大学 2016
[2]3D C/SiC在复杂耦合环境中的损伤机理与寿命预测[D]. 栾新刚.西北工业大学 2007
[3]C/SiC复合材料优化设计[D]. 曾庆丰.西北工业大学 2004
[4]三维纺织C/SiC复合材料的制备及其性能研究[D]. 邹武.西北工业大学 2001
硕士论文
[1]SiC/SiC复合材料的超快激光加工工艺与特性研究[D]. 张若衡.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2016
本文编号：3223606
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
C/SiC复合材料的应用领域与温度范围Fig1-1TheapplicationareasandtheapplicationtemperaturerangeofC/SiCcomposites
图 1-2 C/SiC 的内部结构单元[18]Fig.1-2 Internal constitutional units of C/SiC[18].1 增强相碳纤维在陶瓷基复合材料中主要起承载作用，其显著优点是能在较大温度范围定。目前，技术最成熟且在先进复合材料中用的最多的是聚丙烯氰（PAN）基9]。根据C/SiC结构件的承载情况以及成型、制备要求，碳纤维束设计、编织成各不同结构的碳纤维织物。该结构直接影响基体的浸渗效果和材料的强度特征，料上将会在材料内部形成初始缺陷，如：由于碳纤维与基体的热膨胀失配造成纹和界面层与纤维分层；由于浸渗不致密造成的孔洞（包括基体上的孔洞，纤孔洞，纤维之间孔洞）和C/SiC复合材料内部密度分布不均；由于复杂的成型工-C/SiC复合材料极易出现分层现象；铺层或针刺过程中引入杂质过早造成缺陷。因备C/SiC复合材料时，碳纤维编织体结构的设计至关重要。.2 界面相
第 1 章 绪论会产生孔洞和由于热膨胀系数差异产生的微裂纹（图1-3）。基体的致密度对复合材料至关重要，不仅会严重影响C/SiC复合材料的力学性能[22]，而且对会显著影响其高温抗氧化性能。C/SiC复合材料在燃气中的氧化行为的研究表明：由于SiC基体在800～1000℃中产生微裂纹形态，气体扩散严重，C/SiC复合材料易氧化；当温度升高至1250℃时，裂纹开始愈合，C/SiC复合材料被氧化行为减弱[23]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]化学气相渗透工艺制备陶瓷基复合材料[J]. 成来飞,张立同,梅辉,刘永胜,曾庆丰. 上海大学学报(自然科学版). 2014(01)
[2]C/C-SiC复合材料的导热性能及其影响因素[J]. 李专,肖鹏,熊翔,黄伯云. 中南大学学报(自然科学版). 2013(01)
[3]多孔陶瓷热导率的影响因素及其有效热导率的数值计算方法[J]. 吴俊彦,陈斐,沈强,张联盟. 现代技术陶瓷. 2011(04)
[4]国外PAN基碳纤维的研究现状及发展趋势[J]. 钱鑫,皇静,张永刚,严庆. 高科技纤维与应用. 2011(03)
[5]飞秒激光与宽带隙材料相互作用机理研究[J]. 姜涛,赵清亮,董志伟,樊荣伟,于欣. 红外与激光工程. 2010(06)
[6]碳/碳化硅陶瓷基复合材料的研究及应用进展[J]. 陆有军,王燕民,吴澜尔. 材料导报. 2010(21)
[7]飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理[J]. 赵清亮,姜涛,董志伟,樊荣伟,于欣,罗健. 机械工程学报. 2010(21)
[8]碳化硅晶须及其陶瓷基复合材料[J]. 李缨. 陶瓷. 2007(08)
[9]SiC晶须增韧陶瓷基复合材料的研究进展[J]. 李喜宝,柯昌明,李楠. 材料导报. 2007(S1)
[10]飞秒激光与透明介质的相互作用[J]. 陈国夫. 物理. 2005(10)
博士论文
[1]核用高导热SiC/SiC组成与微结构设计基础[D]. 冯薇.西北工业大学 2016
[2]3D C/SiC在复杂耦合环境中的损伤机理与寿命预测[D]. 栾新刚.西北工业大学 2007
[3]C/SiC复合材料优化设计[D]. 曾庆丰.西北工业大学 2004
[4]三维纺织C/SiC复合材料的制备及其性能研究[D]. 邹武.西北工业大学 2001
硕士论文
[1]SiC/SiC复合材料的超快激光加工工艺与特性研究[D]. 张若衡.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2016
本文编号：3223606
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