反应熔渗法制备超高温陶瓷改性C/C复合材料的研究
发布时间：2021-10-07 19:36
碳/碳（C/C）复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、优异的高温力学性能,是新一代先进飞行器热防护和动力系统的主要备选材料。由于C/C复合材料较高的氧化敏感性,严重限制了其在航空航天领域的应用。为了拓宽C/C复合材料在高温氧化环境中的应用范围,本文以2D针刺纤维预制体为增强相,以天然气为热解碳前驱体,采用等温化学气相沉积工艺制备多孔C/C复合材料,然后利用反应熔渗法在多孔C/C复合材料内部引入SiC、SiC-ZrB2陶瓷相,以提高C/C复合材料的抗烧蚀性能。在此基础之上,采用溶胶凝胶-碳热还原法在多孔C/C复合材料内部原位生长SiC纳米线以增韧SiC-ZrB2改性的C/C复合材料。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热导测试仪、热膨胀测试仪和万能力学试验机对改性C/C复合材料进行微观结构、物相组成、物理性能和力学性能进行分析,并研究改性C/C复合材料在氧乙炔火焰和固体火箭发动机羽流环境中的烧蚀行为,通过烧蚀产物、烧蚀形貌及相关热物理性能探讨了改性C/C材料的烧蚀机理,主要研究内容和结果如下:采用等温化学气相沉积工艺制备了不同密度的C/C复合材...
【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】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
HfC-MoSi2复合材料烧蚀后的形貌
制备出硼化物复合陶瓷材料，如图1-2 所示。硼化物复合陶瓷材料高温氧化试验研究结果表明[49-52]，在 1300-1600℃范围内形成的硼硅酸盐玻璃涂层具有良好的表面自愈合性，有效阻挡氧化气氛向复合材料内部的扩散，从而为复合材料提供长时间的保护。在 1600-2200℃范围内形成的锆硅酸盐玻璃和过渡金属氧化物保护层能有效抵御高温火焰的侵蚀，从而提高了硼化物陶瓷材料的氧化防护能力和抗烧蚀性能。J.W.Zimmermann 等[53]采用热压烧结法制备了 ZrB2-SiC 复合材料，并研究了 SiC 含量对复合材料力学性能的影响，结果表明，当复合材料中含有27vol%的 SiC 时，具有较好的力学性能，其杨氏模量为 508 GPa，弯曲强度为 720 MPa
如图1-3 所示，并在航空煤油发动机燃气环境下测试了其烧蚀性能，经过 150 s 烧蚀后，发动机喷嘴扩张段外形尺寸保持完整，没有开裂、剥落现象发生，显示了 C/SiC 复合材料在航空航天领域应用潜力。Uhlmann Franziska 等[104]将 ZrB2和 Ta 陶瓷粉预先添加到纤维预制体中，然后利用聚碳硅烷溶液填补纤维预制体中的孔隙，经过高温裂解后制备出了C/C-SiC-ZrB2-TaC 复合材料，研究结果表明，随着 ZrB2和 TaC 陶瓷粉含量的增加，C/C-SiC-ZrB2-TaC 复合材料的弯曲强度、杨氏模量和层间剪切强度分别提高了 27%、28%和22%，在氧乙炔火焰烧蚀环境中添加 ZrB2-TaC 复合材料的烧蚀率降低了 50%以上。卢锦花等[105]将 HfC 前驱体、ZrC 前驱体和聚碳硅烷按一定比例混合后，经 1500℃高温裂解后制备了 C/C-SiC-HfC-ZrC 复合材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物浸渍裂解法制备C/C-ZrC-SiC复合材料的氧化行为及抗烧蚀性能研究[J]. 庄磊,付前刚,李贺军,张佳平. 中国材料进展. 2015(06)
[2]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)
[3]沉积位置对HfC涂层微观结构的影响[J]. 王永杰,李贺军,付前刚,李海亮,孙粲. 固体火箭技术. 2013(03)
[4]聚合物浸渍裂解法制备C/C-ZrC-SiC-ZrB2复合材料及其性能研究[J]. 解静,李克智,付前刚,李贺军,姚西媛. 无机材料学报. 2013(06)
[5]热解炭基C/C复合材料研究进展[J]. 唐萍萍,李瑞珍,王坤杰. 炭素. 2013 (01)
[6]CVI结合浆料浸渍法制备2D C/SiC复合材料的微观结构和力学性能（英文）[J]. 童长青,成来飞,刘永胜,张立同. 材料科学与工程学报. 2010(03)
[7]碳纤维增强碳复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展(英文)[J]. 韩敏娜,郭领军,李克智,李贺军. 硅酸盐学报. 2010(05)
[8]碳/碳复合材料基体抗氧化改性研究进展[J]. 弭群,曹丽云,黄剑锋,王妮娜. 兵器材料科学与工程. 2010(02)
[9]W-Cu梯度功能材料的热物理性能[J]. 刘彬彬,谢建新,陈江华. 中国有色金属学报. 2009(03)
[10]CVI-SiC/TaC改性C/C复合材料的力学性能及其断裂行为[J]. 熊翔,王雅雷,李国栋,陈招科. 复合材料学报. 2008(05)
硕士论文
[1]C/C-ZrB2（ZrC、TaC）超高温陶瓷基复合材料制备工艺及性能研究[D]. 杨国威.国防科学技术大学 2008
[2]添加碳化钽炭/炭复合材料的制备及其性能研究[D]. 赵磊.中南大学 2007
本文编号：3422644
【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】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
HfC-MoSi2复合材料烧蚀后的形貌
制备出硼化物复合陶瓷材料，如图1-2 所示。硼化物复合陶瓷材料高温氧化试验研究结果表明[49-52]，在 1300-1600℃范围内形成的硼硅酸盐玻璃涂层具有良好的表面自愈合性，有效阻挡氧化气氛向复合材料内部的扩散，从而为复合材料提供长时间的保护。在 1600-2200℃范围内形成的锆硅酸盐玻璃和过渡金属氧化物保护层能有效抵御高温火焰的侵蚀，从而提高了硼化物陶瓷材料的氧化防护能力和抗烧蚀性能。J.W.Zimmermann 等[53]采用热压烧结法制备了 ZrB2-SiC 复合材料，并研究了 SiC 含量对复合材料力学性能的影响，结果表明，当复合材料中含有27vol%的 SiC 时，具有较好的力学性能，其杨氏模量为 508 GPa，弯曲强度为 720 MPa
如图1-3 所示，并在航空煤油发动机燃气环境下测试了其烧蚀性能，经过 150 s 烧蚀后，发动机喷嘴扩张段外形尺寸保持完整，没有开裂、剥落现象发生，显示了 C/SiC 复合材料在航空航天领域应用潜力。Uhlmann Franziska 等[104]将 ZrB2和 Ta 陶瓷粉预先添加到纤维预制体中，然后利用聚碳硅烷溶液填补纤维预制体中的孔隙，经过高温裂解后制备出了C/C-SiC-ZrB2-TaC 复合材料，研究结果表明，随着 ZrB2和 TaC 陶瓷粉含量的增加，C/C-SiC-ZrB2-TaC 复合材料的弯曲强度、杨氏模量和层间剪切强度分别提高了 27%、28%和22%，在氧乙炔火焰烧蚀环境中添加 ZrB2-TaC 复合材料的烧蚀率降低了 50%以上。卢锦花等[105]将 HfC 前驱体、ZrC 前驱体和聚碳硅烷按一定比例混合后，经 1500℃高温裂解后制备了 C/C-SiC-HfC-ZrC 复合材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物浸渍裂解法制备C/C-ZrC-SiC复合材料的氧化行为及抗烧蚀性能研究[J]. 庄磊,付前刚,李贺军,张佳平. 中国材料进展. 2015(06)
[2]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)
[3]沉积位置对HfC涂层微观结构的影响[J]. 王永杰,李贺军,付前刚,李海亮,孙粲. 固体火箭技术. 2013(03)
[4]聚合物浸渍裂解法制备C/C-ZrC-SiC-ZrB2复合材料及其性能研究[J]. 解静,李克智,付前刚,李贺军,姚西媛. 无机材料学报. 2013(06)
[5]热解炭基C/C复合材料研究进展[J]. 唐萍萍,李瑞珍,王坤杰. 炭素. 2013 (01)
[6]CVI结合浆料浸渍法制备2D C/SiC复合材料的微观结构和力学性能（英文）[J]. 童长青,成来飞,刘永胜,张立同. 材料科学与工程学报. 2010(03)
[7]碳纤维增强碳复合材料高温抗氧化硅基陶瓷涂层的研究进展(英文)[J]. 韩敏娜,郭领军,李克智,李贺军. 硅酸盐学报. 2010(05)
[8]碳/碳复合材料基体抗氧化改性研究进展[J]. 弭群,曹丽云,黄剑锋,王妮娜. 兵器材料科学与工程. 2010(02)
[9]W-Cu梯度功能材料的热物理性能[J]. 刘彬彬,谢建新,陈江华. 中国有色金属学报. 2009(03)
[10]CVI-SiC/TaC改性C/C复合材料的力学性能及其断裂行为[J]. 熊翔,王雅雷,李国栋,陈招科. 复合材料学报. 2008(05)
硕士论文
[1]C/C-ZrB2（ZrC、TaC）超高温陶瓷基复合材料制备工艺及性能研究[D]. 杨国威.国防科学技术大学 2008
[2]添加碳化钽炭/炭复合材料的制备及其性能研究[D]. 赵磊.中南大学 2007
本文编号：3422644
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