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聚合物转化SiBN系陶瓷组分对其热稳定性及电磁透波性能的影响

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复合材料学报 2023年第11期40卷 6416-6429页

作者：崔雪峰王俊珩张聪琳成来飞叶昉刘持栋西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072

对聚硅硼氮烷(PSNB)、三甲胺环硼氮烷(PBN)及混合先驱体陶瓷化过程分别进行了研究,掌握了热处理温度对先驱体转化陶瓷微结构及性能的影响规律。经NH_(3)裂解后,聚合物转化陶瓷(PDC)-SiBN中形成了B-Si-O-N多元网络,具有良好的抗析晶能力... 详细信息

对聚硅硼氮烷(PSNB)、三甲胺环硼氮烷(PBN)及混合先驱体陶瓷化过程分别进行了研究,掌握了热处理温度对先驱体转化陶瓷微结构及性能的影响规律。经NH_(3)裂解后,聚合物转化陶瓷(PDC)-SiBN中形成了B-Si-O-N多元网络,具有良好的抗析晶能力,经过不超过1500℃的热处理后,陶瓷抗吸潮能力提升,介电常数在3.0~3.6之间,损耗约0.003。经NH_(3)裂解的PDC-BN中形成了B-N-O结构,随温度升高逐渐分解,转变为BN。将先驱体按照一定比例混合,可以实现对聚合物转化陶瓷元素组分的调控。混合先驱体转化陶瓷中由于异质界面的存在及多元网络减少,陶瓷热稳定性及介电性能均介于单种先驱体转化陶瓷之间,具有一定的性能可设计性。

关键词：聚合物转化陶瓷电磁透波热稳定性聚硅硼氮烷三甲胺环硼氮烷

BNmf-Si3N4w/Si3N4复合材料的制备与性能

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复合材料学报 2022年第9期39卷 4375-4383页

作者：崔雪峰赵凯王玉生叶昉成来飞西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072

为制备一种介电性能和力学性能优异的高温透波材料,采用凝胶注模(GC)结合先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了BN-SiN/SiN复合材料。研究了浸渍裂解次数及BN含量对复合材料的力学性能与介电性能的影响。结果表明:(1)随着PIP循环次数增加,复合... 详细信息

为制备一种介电性能和力学性能优异的高温透波材料,采用凝胶注模(GC)结合先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了BN-SiN/SiN复合材料。研究了浸渍裂解次数及BN含量对复合材料的力学性能与介电性能的影响。结果表明:(1)随着PIP循环次数增加,复合材料的密度增大,气孔率降低,氮化硅基体逐渐形成三维网络结构包裹在复相微米增强体周围,复合材料力学性能提升;(2)当BN含量从4vol%增加到12vol%时,弯曲强度从175.5 MPa降低到139.3 MPa,断裂韧性从2.36 MPa·m增加到2.73 MPa·m,介电常数从3.62下降到3.25,介电损耗角正切从0.012下降到0.007;(3) BN-SiN/SiN复合材料的强韧化机制主要为裂纹分叉、裂纹偏转及BNmf及SiN的拔出,三种机制有效降低主裂纹对复合材料的损害。

关键词：凝胶注模先驱体浸渍裂解透波复合材料介电性能力学性能

国产3代2.5D SiC/SiC复合材料的界面力学性能

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无机材料学报 2023年

作者：管皞阳张立荆开开师维刚王晶李玫刘永胜张程煜西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室

连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)是下一代航空发动机的关键结构材料，其界面性能是决定材料力学性能的重要因素之一。为此，本研究表征了国产三代2.5D SiCf/SiC的界面性能，并探究其与材料拉伸性能间的联系。利用拉伸加/卸... 详细信息

连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)是下一代航空发动机的关键结构材料，其界面性能是决定材料力学性能的重要因素之一。为此，本研究表征了国产三代2.5D SiCf/SiC的界面性能，并探究其与材料拉伸性能间的联系。利用拉伸加/卸载过程中的迟滞特性定量分析了2.5D SiCf/SiC中各组元残余应力和界面滑动应力(IFSS)，根据断口拔出纤维的断裂镜面半径得到了纤维就位强度(σfu)的统计分布，通过纤维推入法得到界面剪切强度(ISS)和界面脱黏能(Gi)。结果表明：利用宏观结合细观的方法能够较全面地描述SiCf/SiC从初始裂纹萌生到最终脱黏不同阶段的界面力学性能，2.5D SiCf/SiC的IFSS、ISS和Gi分别为56 MPa、(28±5) MPa和(2.7±0.6) J/m2。较低的ISS和Gi表明界面结合较弱，在剪应力作用下易产生裂纹，而较大的IFSS表明界面脱黏后纤维与基体间相对滑动较为困难，阻碍了纤维拔出，不利于发挥纤维的增强作用。根据获得的界面性能和经典ACK模型，较好地预测出比例极限应力，并结合σfu预测了2.5D SiCf/SiC的拉伸强度。拉伸强度预测值高于实验值，这与界面处径向残余压应力以及纤维承受的残余拉应力有关。

关键词： 2.5D SiC /SiC 拉伸加/卸载纤维推入界面剪切强度界面脱黏能界面滑动应力

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BN-SiN/SiN复合材料的制备与性能

复合材料学报 2022年

作者：崔雪峰赵凯王玉生叶昉成来飞西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室

为制备一种介电性能和力学性能优异的高温透波材料，采用凝胶注模结合先驱体浸渍裂解工艺制备了BN-SiN/SiN复合材料。研究了浸渍裂解次数及BN含量对复合材料的力学性能与介电性能的影响。结果表明：(1) 随着PIP循环次数增加，复合材料...

为制备一种介电性能和力学性能优异的高温透波材料，采用凝胶注模结合先驱体浸渍裂解工艺制备了BN-SiN/SiN复合材料。研究了浸渍裂解次数及BN含量对复合材料的力学性能与介电性能的影响。结果表明：(1) 随着PIP循环次数增加，复合材料的密度增大，气孔率降低，氮化硅基体逐渐形成三维网络结构包裹在复相微米增强体周围，复合材料力学性能提升。(2)当BN含量从4 vol.%增加到12 vol.%时，弯曲强度从175.5 MPa降低到139.3 MPa，断裂韧性从2.36 MPa·m增加到2.73 MPa·m，介电常数从3.62下降到3.25，介电损耗角正切从0.012下降到0.007。(3) BN-SiN/SiN复合材料的强韧化机制主要为裂纹分叉、裂纹偏转及BN及SiN的拔出，三种机制有效降低主裂纹对复合材料的损害。

关键词：

颗粒级配对Si;N;/Si;N;复合材料的弯曲强度与介电性能的影响

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材料工程 2022年

作者：崔雪峰许泽水姚远洋李明星叶昉成来飞西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室

以氮化硅晶须(Si;N;)为原料，采用喷雾造粒工艺制备了三种具有不同粒径分布的Si;N;球形颗粒粉体，研究了雾化盘转速对Si;N;球形颗粒粉体粒径分布的影响。以喷雾造粒得到的Si;N;球形颗粒为原料，采用干压法制备了三种颗粒级配的Si;N;预...

以氮化硅晶须(Si;N;)为原料，采用喷雾造粒工艺制备了三种具有不同粒径分布的Si;N;球形颗粒粉体，研究了雾化盘转速对Si;N;球形颗粒粉体粒径分布的影响。以喷雾造粒得到的Si;N;球形颗粒为原料，采用干压法制备了三种颗粒级配的Si;N;预制体，研究了颗粒级配Si;N;预制体的孔径分布。结果表明：三种颗粒级配的Si;N;预制体均具有二级孔隙特征，其中小孔孔径均约为0.7 μm，大孔孔径分别为45.2，30.1 μm和21.3 μm。采用化学气相渗透（CVI）和先驱体浸渍裂解（PIP）工艺在三种颗粒级配的Si;N;预制体中制备了Si;N;基体，研究了Si;N;/Si;N;复合材料制备过程中的物相和微结构演变。进一步的，研究了颗粒级配对Si;N;/Si;N;复合材料的微结构与密度的影响。在制备的三种颗粒级配的Si;N;/Si;N;复合材料中，由于S13样品的颗粒级配效果最好，因此复合材料的弯曲强度达到81.59 MPa。此外，该样品的介电常数和介电损耗分别为5.08和0.018。良好的弯曲强度和介电性能表明制备的Si;N;/Si;N;复合材料有望应用于导弹天线罩领域。

关键词：

颗粒级配对SiN/SiN复合材料弯曲强度与介电性能的影响

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材料工程 2022年 29-37页

作者：崔雪峰许泽水姚远洋李明星叶昉成来飞西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室

为了获得一种弯曲和介电性能良好的氮化物陶瓷材料,本工作首先以氮化硅晶须(SiN)为原料,采用喷雾造粒工艺制备3种具有不同粒径分布的SiN球形颗粒粉体,研究雾化盘转速对SiN球形颗粒粉体粒径分布的影响。然后以喷雾造粒得到的SiN球形颗粒...

为了获得一种弯曲和介电性能良好的氮化物陶瓷材料,本工作首先以氮化硅晶须(SiN)为原料,采用喷雾造粒工艺制备3种具有不同粒径分布的SiN球形颗粒粉体,研究雾化盘转速对SiN球形颗粒粉体粒径分布的影响。然后以喷雾造粒得到的SiN球形颗粒为原料,采用干压法制备3种颗粒级配的SiN预制体,研究颗粒级配SiN预制体的孔径分布。采用化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在3种颗粒级配的SiN预制体中进一步制备SiN基体,研究SiN/SiN复合材料制备过程中的物相和微结构演变以及颗粒级配对SiN/SiN复合材料的微结构、密度、弯曲强度和介电性能的影响。结果表明:3种颗粒级配的SiN预制体均具有二级孔隙特征,其中小孔孔径均约为0.7μm,大孔孔径分别为45.2,30.1μm和21.3μm。在制备的3种颗粒级配的SiN/SiN复合材料中,S13样品的颗粒级配效果最好,复合材料的弯曲强度达到81.59 MPa。此外,该样品的介电常数和介电损耗分别为5.08和0.018。良好的弯曲强度和介电性能表明制备的SiN/SiN复合材料有望应用于导弹天线罩领域。

关键词：

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3D打印陶瓷铸型研究与应用进展

材料工程 2022年第7期50卷 18-29页

作者：刘岩松李文博刘永胜曾庆丰西北工业大学超高温结构复合材料国家级重点实验室西安710072

陶瓷铸型是一类应用于熔模精密铸造领域、用于成型铸件内外部结构的复杂部件。随着铸件复杂度的提升,需要更加精细、复杂的铸型来满足铸造需求,然而传统的陶瓷铸型成型手段如注射成型等存在成本高、研发周期长等问题,难以满足复杂精细... 详细信息

陶瓷铸型是一类应用于熔模精密铸造领域、用于成型铸件内外部结构的复杂部件。随着铸件复杂度的提升,需要更加精细、复杂的铸型来满足铸造需求,然而传统的陶瓷铸型成型手段如注射成型等存在成本高、研发周期长等问题,难以满足复杂精细结构的成型要求。3D打印技术作为一种快速成型手段能够精准成型复杂精细结构,将其应用于铸型生产,不仅能够解决复杂结构的成型问题,同时也能降低生产成本、缩短生产周期。本文主要阐述了3D打印技术在陶瓷铸型生产中的应用,从应用于铸型3D打印陶瓷材料的种类及特性、典型铸型3D打印技术及铸型打印后处理手段三个方面对3D打印技术陶瓷铸型的研究与应用进行介绍,并对该技术未来的发展进行展望,指出3D打印技术能够有效解决复杂陶瓷铸型的成型问题,从而满足复杂空心结构金属件的铸造需求。

关键词：陶瓷铸型立体光刻选区激光烧结三维打印

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国内C/C复合材料研究进展

中国有色金属学报 2019年第9期29卷 2142-2154页

作者：李贺军史小红沈庆凉程春玉田新发闫宁宁西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室

碳/碳(C/C)复合材料是可在高于1650℃条件下应用的少数候选材料之一,是高技术领域重点研究材料。随着现代科技的发展,其制造效率不断提升,促进了C/C复合材料技术向更多应用领域的转移与辐射,使其成为新一代超高温材料的热点。本文介绍... 详细信息

碳/碳(C/C)复合材料是可在高于1650℃条件下应用的少数候选材料之一,是高技术领域重点研究材料。随着现代科技的发展,其制造效率不断提升,促进了C/C复合材料技术向更多应用领域的转移与辐射,使其成为新一代超高温材料的热点。本文介绍了近年来我国C/C复合材料在制备方法、结构、性能、抗氧化烧蚀及其产业化等方面的研究进展,指出了目前C/C复合材料发展所面临的主要任务。

关键词：碳/碳复合材料制备结构性能抗氧化烧蚀产业化

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C/C复合材料高熵氧化物涂层抗烧蚀性能

无机材料学报 2024年第1期39卷 61-70,I0001,I0002页

作者：郭凌翔唐颖黄世伟肖博澜夏东浩孙佳西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室纤维增强轻质复合材料陕西省重点实验室西安710072

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)... 详细信息

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)Zr_(0.125)Sm_(0.25)Er_(0.25)Y_(0.25))O_(2-δ)(M1R3O)、(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Sm_(0.2)Er_(0.2)Y_(0.2))O_(2-δ)(M2R3O)、(Hf_(0.25)Zr_(0.25)-Sm_(0.167)Er_(0.167)Y_(0.167))O_(2-δ)(M3R3O)三种高熵氧化物涂层,探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能的影响。M2R3O涂层和M3R3O涂层呈现优异的相稳定性和抗烧蚀性能,涂层经热流密度为2.38~2.40 MW/m^(2)的氧–乙炔焰烧蚀后仍保持物相结构稳定,未发生固溶体分解或析出稀土组元。其中M2R3O涂层循环烧蚀180 s后的质量烧蚀率与线烧蚀率分别为0.01 mg/s和–1.16μm/s,相比M1R3O涂层(0.09 mg/s、–1.34μm/s)以及M3R3O涂层(0.02 mg/s、–4.51μm/s),分别降低了88.9%、13.4%以及50.0%、74.3%,表现出最优异的抗烧蚀性能。M2R3O涂层的抗烧蚀性能优异归因于其兼具较高的熔点(>2200℃)和较低的热导率((1.07±0.09)W/(m•K)),使其有效防护内部的SiC过渡层以及C/C复合材料免受氧化损伤,避免了界面SiO_(2)相形成所导致的界面开裂。

关键词：高熵陶瓷过渡金属氧化物热喷涂热防护涂层抗烧蚀 C/C复合材料