C f /SiC复合材料陶瓷连接层的设计、制备与连接性能研究
发布时间：2021-07-23 02:45
碳纤维增强碳化硅陶瓷基（Cf/SiC）复合材料结合了SiC陶瓷和碳纤维的耐高温、耐腐蚀、高比刚度、高热导率及低密度等优点,作为高温结构材料被广泛应用于航空航天、军事、能源等领域。复杂内型面结构以及大尺寸Cf/SiC复合材料结构件提出了迫切的应用需求是一种发展趋势,其一次整体成型难度非常大。采用特定的连接技术把结构相对简单的复合材料构件可靠连接起来是制备复杂结构Cf/SiC复合材料构件及大尺寸Cf/SiC复合材料结构件行之有效的方法。因此,Cf/SiC复合材料的可靠连接技术是实现复杂内型面结构以及大尺寸Cf/SiC复合材料工程化应用需要解决的关键技术。本课题旨在开发能够实现稳定连接的反应连接技术,利用有机树脂作为碳源和粘结剂,通过在复合材料之间制备与Cf/SiC复合材料热物性和物理相匹配的碳化硅基陶瓷中间层,实现复合材料的稳定连接,对推进Cf/SiC复合材料工程化应用具有重要的意义。孔径可控的多孔碳素坯是高致密、强...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CVI工艺流程示意图
Cf/SiC 复合材料陶瓷连接层的设计、制备与连接性能研究制备形状复杂、大尺寸的陶瓷基复合材料，并可实现近净尺寸成型；（c）聚合物前驱体分子结构可设计，基体的组成易于通过前驱体的选择做出调整，且具有比CVI 法更高的陶瓷转化率。但是该制备工艺也存在一些不足：（a）制备的复合材料基体组成为非化学计量化学组成，且为非晶态或微晶结构，高温下会产生结构变化；（b）为制备致密度较高的复合材料，必须经过反复浸渍-交联-热解，提高了成产成本；（c）基体密度在裂解前后体积收缩可达 50%~70%，微结构不致密，导致在基体内部存在气孔和裂纹等缺陷，从而对复合材料的性能造成影响。
这些都制约着机械连接在 Cf/SiC 复合材料连接领域的应用[34]。复合材料机械连接结构通常有 4 种破坏模式：挤压破坏、拉伸破坏、劈裂破坏和剪切破坏。机械连接的破坏模式和连接强度的影响因素主要有：几何参数（E/D，端距、孔径比；W/D，宽度、孔径比；D/t，孔径、厚度比；）、紧固件类型、配合间隙、拧紧力矩等多个因素。BuketOkutan 等[35]、YulingTang 等[36]、Sun 等[37]等系统的研究了这些影响因素对机械连接接头连接性能的影响，对机械连接结构失效过程有了初步的认识，对改善机械连接结构连接性能提供了理论基础。近年来，经过大量科研人员的探索性研究，成功研制出能够在-100-1800℃使用的纤维增强复合材料连接件，接头连接强度抗拉伸强度能够达到 230MPa。Li 等[38]通过反应连接过程结合前体渗透和热解（PIP）过程制备 Cf/SiC 复合材料连接杆和连接螺栓，这种连接方式可以承受很高的温度和应力。通过改善紧固件的耐高温性能以及连接工艺参数等影响因素的条件之后，机械连接仍然是连接陶瓷基复合材料的有效有段之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Na2O-B2O3-SiO2玻璃焊料连接碳化硅陶瓷接口抗热震性能[J]. 罗朝华,江东亮,张景贤,林庆玲,陈忠明,黄政仁. 无机材料学报. 2012(03)
[2]重复浸渍裂解先驱体高温连接Cf/SiC陶瓷基复合材料[J]. 所俊,张凌江,陈朝辉. 稀有金属材料与工程. 2007(S3)
[3]C/C-SiC陶瓷基复合材料刹车副摩擦性能研究[J]. 谢乔,朱冬梅,王晓艳,罗发,周万城. 稀有金属材料与工程. 2007(S1)
[4]PIP法制备Cf/SiC复合材料过程中碳纤维的化学损伤[J]. 王建方,吴文健,胡碧茹,满亚辉,陈朝辉. 高等学校化学学报. 2006(10)
[5]采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC[J]. 刘洪丽,李树杰,张听,陈志军. 稀有金属材料与工程. 2005(09)
[6]三维C/SiC复合材料在线液相渗透连接[J]. 童巧英,成来飞,张立同. 稀有金属材料与工程. 2004(01)
博士论文
[1]熔融浸渗反应工艺制备C/ZrC复合材料及其性能研究[D]. 陈思安.国防科学技术大学 2014
本文编号：3298428
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
CVI工艺流程示意图
Cf/SiC 复合材料陶瓷连接层的设计、制备与连接性能研究制备形状复杂、大尺寸的陶瓷基复合材料，并可实现近净尺寸成型；（c）聚合物前驱体分子结构可设计，基体的组成易于通过前驱体的选择做出调整，且具有比CVI 法更高的陶瓷转化率。但是该制备工艺也存在一些不足：（a）制备的复合材料基体组成为非化学计量化学组成，且为非晶态或微晶结构，高温下会产生结构变化；（b）为制备致密度较高的复合材料，必须经过反复浸渍-交联-热解，提高了成产成本；（c）基体密度在裂解前后体积收缩可达 50%~70%，微结构不致密，导致在基体内部存在气孔和裂纹等缺陷，从而对复合材料的性能造成影响。
这些都制约着机械连接在 Cf/SiC 复合材料连接领域的应用[34]。复合材料机械连接结构通常有 4 种破坏模式：挤压破坏、拉伸破坏、劈裂破坏和剪切破坏。机械连接的破坏模式和连接强度的影响因素主要有：几何参数（E/D，端距、孔径比；W/D，宽度、孔径比；D/t，孔径、厚度比；）、紧固件类型、配合间隙、拧紧力矩等多个因素。BuketOkutan 等[35]、YulingTang 等[36]、Sun 等[37]等系统的研究了这些影响因素对机械连接接头连接性能的影响，对机械连接结构失效过程有了初步的认识，对改善机械连接结构连接性能提供了理论基础。近年来，经过大量科研人员的探索性研究，成功研制出能够在-100-1800℃使用的纤维增强复合材料连接件，接头连接强度抗拉伸强度能够达到 230MPa。Li 等[38]通过反应连接过程结合前体渗透和热解（PIP）过程制备 Cf/SiC 复合材料连接杆和连接螺栓，这种连接方式可以承受很高的温度和应力。通过改善紧固件的耐高温性能以及连接工艺参数等影响因素的条件之后，机械连接仍然是连接陶瓷基复合材料的有效有段之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Na2O-B2O3-SiO2玻璃焊料连接碳化硅陶瓷接口抗热震性能[J]. 罗朝华,江东亮,张景贤,林庆玲,陈忠明,黄政仁. 无机材料学报. 2012(03)
[2]重复浸渍裂解先驱体高温连接Cf/SiC陶瓷基复合材料[J]. 所俊,张凌江,陈朝辉. 稀有金属材料与工程. 2007(S3)
[3]C/C-SiC陶瓷基复合材料刹车副摩擦性能研究[J]. 谢乔,朱冬梅,王晓艳,罗发,周万城. 稀有金属材料与工程. 2007(S1)
[4]PIP法制备Cf/SiC复合材料过程中碳纤维的化学损伤[J]. 王建方,吴文健,胡碧茹,满亚辉,陈朝辉. 高等学校化学学报. 2006(10)
[5]采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC[J]. 刘洪丽,李树杰,张听,陈志军. 稀有金属材料与工程. 2005(09)
[6]三维C/SiC复合材料在线液相渗透连接[J]. 童巧英,成来飞,张立同. 稀有金属材料与工程. 2004(01)
博士论文
[1]熔融浸渗反应工艺制备C/ZrC复合材料及其性能研究[D]. 陈思安.国防科学技术大学 2014
本文编号：3298428
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