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SiC纤维预制体结构对SiC_(f)/BN/SiC复合材料致密化和力学性能的影响

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复合材料科学与工程 2024年第5期 58-65页

作者：王梦千贾林涛李爱军彭雨晴核工业第八研究所上海201800 上海大学绍兴研究院绍兴312000 上海大学材料科学与工程学院上海200444

为了研究碳化硅(SiC)纤维预制体的结构对SiC基体的化学气相渗透(CVI)工艺致密化过程的影响,利用模拟计算方法分析了2D叠层、2.5D和3D正交三种编织结构SiC预制体在SiC致密化过程中的孔隙结构演变规律,并采用三氯化硼-氨气-氢气-氮气(BCl_... 详细信息

为了研究碳化硅(SiC)纤维预制体的结构对SiC基体的化学气相渗透(CVI)工艺致密化过程的影响,利用模拟计算方法分析了2D叠层、2.5D和3D正交三种编织结构SiC预制体在SiC致密化过程中的孔隙结构演变规律,并采用三氯化硼-氨气-氢气-氮气(BCl_(3)-NH_(3)-H_(2)-N_(2))混合气体和三氯甲基硅烷-氢气-氮气(MTS-H_(2)-N_(2))混合气体作为前驱体,利用CVI致密化工艺制备出三种预制体结构的SiC_(f)/BN/SiC复合材料。结果表明,SiC纤维预制体结构不同,SiC_(f)/BN/SiC复合材料的致密化效率不同,其中2.5D纤维预制体的致密化速率最快,3D正交预制体的致密化速率最慢。致密化120 h后,三种预制体结构的复合材料密度均达到2.3 g/cm~3以上,开孔率为10%左右。三种结构的SiC_(f)/BN/SiC复合材料拉伸强度为130~170 MPa。在层间剪切过程中,2D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料与2.5D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料样品都出现了XY面的纤维剥离现象,而3D结构SiC_(f)/BN/SiC复合材料样品发生了正交Z向纤维的断裂。由此可知,SiC纤维预制体结构影响了所形成复合材料的致密化过程和力学性能。

关键词： SiC纤维预制体结构 SiC基体 CVI 致密化复合材料力学性能

SiC纤维预制体结构对SiC/BN/SiC复合材料致密化和力学性能的影响

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复合材料科学与工程 2024年

作者：王梦千贾林涛李爱军彭雨晴上海大学材料科学与工程学院核工业第八研究所上海大学绍兴研究院

为了研究碳化硅(SiC)纤维预制体的结构对SiC基体的化学气相渗透(CVI)工艺致密化过程的影响，利用模拟计算方法分析了2D叠层、2.5D和3D正交三种编织结构SiC预制体在SiC致密化过程中的孔隙结构演变规律，并采用三氯化硼-氨气-氢气-氮气(BC... 详细信息

为了研究碳化硅(SiC)纤维预制体的结构对SiC基体的化学气相渗透(CVI)工艺致密化过程的影响，利用模拟计算方法分析了2D叠层、2.5D和3D正交三种编织结构SiC预制体在SiC致密化过程中的孔隙结构演变规律，并采用三氯化硼-氨气-氢气-氮气(BCl3-NH3-H2-N2)混合气体和三氯甲基硅烷-氢气-氮气(MTS-H2-N2)混合气体作为前驱体，利用CVI致密化工艺制备出三种预制体结构的SiCf/BN/SiC复合材料。结果表明，SiC纤维预制体结构不同，SiCf/BN/SiC复合材料的致密化效率不同，其中2.5D纤维预制体的致密化速率最快，3D正交预制体的致密化速率最慢。致密化120 h后，三种预制体结构的复合材料密度均达到2.3 g/cm3以上，开孔率为10%左右。三种结构的SiCf/BN/SiC复合材料的拉伸强度在130 MPa～170 MPa之间。在层间剪切过程中，2D SiCf/BN/SiC复合材料与2.5D SiCf/BN/SiC复合材料样品都出现了XY面的纤维剥离现象，而3D SiCf/BN/SiC复合材料样品发生了正交Z向纤维的断裂。因此，纤维预制体结构影响了所形成的复合材料的致密化过程和力学性能。

关键词： SiC纤维预制体结构 SiC基体 CVI 致密化复合材料力学性能

碳纤维预制体结构对CVI-GSI C/C-SiC复合材料微观结构与力学性能的影响

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材料工程 2023年第8期51卷 142-148页

作者：缪花明刘荣军王衍飞李俊生李端万帆国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073

采用不同面密度和丝束大小的碳纤维布,通过不同z向缝合方式编织了两种碳布叠层结构的碳纤维预制体,再经化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)与气相渗硅法(gaseous silicon infiltration,GSI)联用制备了C/C-SiC复合材料。... 详细信息

采用不同面密度和丝束大小的碳纤维布,通过不同z向缝合方式编织了两种碳布叠层结构的碳纤维预制体,再经化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)与气相渗硅法(gaseous silicon infiltration,GSI)联用制备了C/C-SiC复合材料。研究了碳纤维预制体结构对CVI-GSI C/C-SiC复合材料微观结构与力学性能的影响。结果表明,由纤维体积分数与C/C素坯密度都相同的预制体所制备的两种复合材料的密度、各相组成、结构与性能均大不相同。较小的碳纤维丝束(1K)和碳布面密度(92 g/m^(2)),以及锁式缝合留下的较大孔隙为GSI反应中Si蒸气的渗透提供了更加充足的通道,最终制备的T1复合材料孔隙率低、结构均匀、性能更高,其弯曲强度、模量和断裂韧度分别为300.97 MPa,51.75 GPa,11.32 MPa·m^(1/2)。初始预制体结构和C/C中间体结构的综合调控是CVI-GSI联用工艺制备高性能C/C-SiC复合材料的关键。

关键词： C/C-SiC复合材料预制体结构气相渗硅化学气相渗透碳布叠层

预制体结构对针刺石英纤维/环氧树脂复合材料导热性能的影响

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复合材料学报 2016年第5期33卷 955-961页

作者：宋磊磊李嘉禄赵玉芬陈利天津工业大学复合材料研究所先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387

为了探索预制体结构对针刺石英纤维/环氧树脂复合材料导热性能的影响,采用逐层针刺技术和树脂传递模塑工艺制作了针刺石英纤维/环氧树脂复合材料。利用瞬态热线法测量了环氧树脂和不同预制体结构的针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热... 详细信息

为了探索预制体结构对针刺石英纤维/环氧树脂复合材料导热性能的影响,采用逐层针刺技术和树脂传递模塑工艺制作了针刺石英纤维/环氧树脂复合材料。利用瞬态热线法测量了环氧树脂和不同预制体结构的针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能。结果表明:随着纤维体积分数的提高,针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能得到了提升。其中,用石英纤维短切毡增强环氧树脂的导热性能比环氧树脂提高了35.9%。当针刺石英纤维/环氧树脂复合材料中的无纬布纤维平行于热线时,采用石英纤维短切毡与石英纤维无纬布共同增强的2种针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能分别比环氧树脂提高了45.5%和46.4%;而当无纬布纤维垂直于热线时,导热性能比环氧树脂分别提高了56.4%和61.8%。针刺石英纤维/环氧树脂复合材料的导热性能不仅受石英纤维体积分数影响,也受到预制体中无纬布纤维体积分数和取向的影响。

关键词：针刺石英纤维预制体结构瞬态热线法导热性能

预制体结构对平板炭/炭复合材料增密过程的影响

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粉末冶金材料科学与工程 2012年第2期17卷 252-257页

作者：梁世栋张福勤夏莉红于奇张小英中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

以不同纤维体积分数(21%、26%、32%)、不同布毡质量比(3:1,2:1,1:1)的针刺整体毡为预制体,采用化学气相渗透法(Chemical vapor infiltration,CVI)制备平板炭/炭(C/C)复合材料,研究预制体结构对CVI致密化过程的影响。结果表明:随纤维体... 详细信息

以不同纤维体积分数(21%、26%、32%)、不同布毡质量比(3:1,2:1,1:1)的针刺整体毡为预制体,采用化学气相渗透法(Chemical vapor infiltration,CVI)制备平板炭/炭(C/C)复合材料,研究预制体结构对CVI致密化过程的影响。结果表明:随纤维体积分数增加,整体毡的增密速率及最终密度都逐渐减小;布毡比对增密速率及最终密度影响很小。材料网胎中热解炭圆壳厚度沿材料厚度方向呈内部小、两侧大的对称分布;增加纤维体积分数或增加布毡比,材料内部的热解炭增厚程度随之减小。纤维体积分数为21%的预制体最适宜采用CVI工艺进行增密,增密80 h密度达到1.69 g/cm3,热解炭生长均匀。

关键词： C/C复合材料预制体结构化学气相渗透

碳纤维预制体结构对C/C复合材料及其螺栓力学性能的影响

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无机材料学报 2019年第12期34卷 1272-1278页

作者：庞生洋王佩瑶胡成龙赵日达汤素芳中国科学院金属研究所沈阳110016 东北大学沈阳110819

以2D碳纤维预制体为增强体,采用电耦合和等温化学气相渗联合工艺制备C/C复合材料,研究不同预制体结构对C/C复合材料及其螺栓力学性能的影响。结果表明,不同预制体结构增强的C/C复合材料表现出不同的力学行为。对于针刺结构,随着针刺密度... 详细信息

以2D碳纤维预制体为增强体,采用电耦合和等温化学气相渗联合工艺制备C/C复合材料,研究不同预制体结构对C/C复合材料及其螺栓力学性能的影响。结果表明,不同预制体结构增强的C/C复合材料表现出不同的力学行为。对于针刺结构,随着针刺密度由35 pin/cm2降至25 pin/cm2,C/C复合材料的拉伸、弯曲强度分别由60.1、119.9 MPa增大至69.5、176.8 MPa;随着碳纱丝束由12 K变为3 K,C/C复合材料的拉伸、弯曲强度分别由69.5、176.8 MPa增大至105.5、184.4 MPa。对于12 K双向缝合结构,C/C复合材料的拉伸、弯曲强度分别为68.1、123.7 MPa。不同碳纤维预制体结构增强的C/C复合材料力学性能的差异主要取决于长纤维的完整性、大孔的分布和数量等因素。C/C复合材料的螺栓性能由于体材料性能和加工过程中缺陷的影响,其拉伸强度略低于其体材料,并表现出更为明显的脆性断裂模式。

关键词： C/C复合材料预制体结构力学性能螺栓

预制体结构对三维编织C／C复合材料本征性能影响研究

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炭素 2017年第1期 5-9页

作者：魏连锋崔红嵇阿琳周绍建肖春西安航天复合材料研究所西安710025

分别对三维四向与三维五向编织C/C复合材料进行了弯曲和压缩试验,观测了两种材料在x向、y向与z向下的位移-载荷曲线,获得了弯曲和压缩的强度和模量数据。结果表明,三维五向C/C复合材料相比于三维四向C/C复合材料,因其本征结构的x向纤维... 详细信息

分别对三维四向与三维五向编织C/C复合材料进行了弯曲和压缩试验,观测了两种材料在x向、y向与z向下的位移-载荷曲线,获得了弯曲和压缩的强度和模量数据。结果表明,三维五向C/C复合材料相比于三维四向C/C复合材料,因其本征结构的x向纤维分数增加和z向纤维分数减少使得x方向的弯曲和压缩的强度增加而z方向降低,两种结构的C/C复合材料均表现一种假塑性断裂行为。相比于预制体结构对压缩性能的影响,其对弯曲力学性能的影响更为明显。

关键词：三维编织 C/C复合材料预制体结构力学性能

预制体结构对C/C-ZrC骨架压力浸渗Cu的影响

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中国金属通报 2021年第19期 231-232,235页

作者：陈飞雄杨鑫颜君毅黄启忠王铁军安泰科技股份有限公司北京100081 中南大学湖南长沙410083

分别采用0.55g/cm^(3)密度的针刺毡炭纤维预制体和0.75g/cm^(3)密度的细编穿刺炭纤维预制体,先通过CVI法增密制备密度分别为1.10 g/cm^(3)C/C和1.20 g/cm^(3)的C/C坯体,再采用PIP法在C/C坯体中加入ZrC陶瓷,制得相同密度1.50 g/cm^(3)的C... 详细信息

分别采用0.55g/cm^(3)密度的针刺毡炭纤维预制体和0.75g/cm^(3)密度的细编穿刺炭纤维预制体,先通过CVI法增密制备密度分别为1.10 g/cm^(3)C/C和1.20 g/cm^(3)的C/C坯体,再采用PIP法在C/C坯体中加入ZrC陶瓷,制得相同密度1.50 g/cm^(3)的C/C-ZrC骨架,然后对C/C-ZrC骨架进行压力浸渗Cu。研究了二种预制体结构对C/C-ZrC骨架压力浸渗Cu的效果、组织和性能的影响。结果表明:针刺毡预制体结构的C/C-ZrC骨架的浸Cu效果好于细编穿刺预制体结构C/C-ZrC骨架的浸Cu效果,骨架的浸Cu体积分数分别为23.91%和20.65%,浸Cu后的开孔率分别为5.6%和10.6%,浸Cu后的密度分别为3.63 g/cm^(3)和3.34 g/cm^(3)。浸入的Cu填充到C/C-ZrC骨架中的孔隙并与C/C间的界面呈紧密结合。针刺毡预制体结构C/C-ZrC骨架浸Cu的抗弯强度明显高于细编穿刺预制体结构C/C-ZrC骨架浸Cu的抗弯强度,分别为302MPa和212MPa。针刺毡预制体结构C/C-ZrC骨架浸Cu的压缩强度稍微低于细编穿刺预制体结构C/C-ZrC骨架浸Cu的压缩强度,分别为342MPa和385MPa。

关键词：预制体结构 C/C-ZrC骨架压力浸渗Cu

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C/C复合材料预制体结构对摩擦性能的影响

炭素 2018年第4期 27-31页

作者：雷玥李瑞珍解惠贞西安航天复合材料研究所西安710025 高性能碳纤维制造及应用国家地方联合工程研究中心西安710089

采用整体毡预制体、针刺网胎/无纬布叠层预制体和穿刺预制体,通过化学气相沉积法(CVD)结合液相浸渍法(PIP)制备了C/C复合材料,利用MM1000-Ⅱ型摩擦磨损实验机测试了三种不同预制体C/C复合材料的摩擦性能,采用扫描电子显微镜分别观察了三... 详细信息

采用整体毡预制体、针刺网胎/无纬布叠层预制体和穿刺预制体,通过化学气相沉积法(CVD)结合液相浸渍法(PIP)制备了C/C复合材料,利用MM1000-Ⅱ型摩擦磨损实验机测试了三种不同预制体C/C复合材料的摩擦性能,采用扫描电子显微镜分别观察了三种C/C复合材料的表面形貌,研究发现预制体结构中纤维排布方式及含量影响C/C复合材料的摩擦系数。相同转速下C/C复合材料的摩擦系数随压力的升高而增大;压力相同的条件下C/C复合材料的摩擦系数随着转速提高而增大;高压高转速下针刺网胎/无纬布制备的C/C复合材料摩擦系数较稳定,整体毡制备的摩擦系数虽小但随转速变化波动较大,穿刺预制体制备的摩擦系数大且波动大,说明穿刺这种增强单元相对较粗大的预制体不适合制备摩擦密封领域的精细结构复合材料。

关键词： C/C复合材料预制体结构摩擦性能