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先驱体转化法制备C/C-SiC复合材料的研究

作　者: 杜红娜
导　师: 周万城
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: C/C-SiC复合材料 先驱体浸渍裂解 力学性能 热导率 热膨胀系数
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


C／C-SiC复合材料，即碳纤维增强碳-碳化硅双基体陶瓷基复合材料，具有密度低、抗氧化性好、耐腐蚀、良好的摩擦磨损性能等优点，是一种能满足高温使用的新型高温结构材料和功能材料。本文采用先驱体裂解浸渍的方法制备了一系列C／C-SiC复合材料，研究了浸渍液浓度、浸渍次数、预制体密度对制得的材料的密度的影响，并分析了对最终制得的复合材料的力学性能的影响，同时对材料的热物理性能也进行了简要的分析。本文得到的主要的结论如下： 从试验过程的静力学及动力学分析可知，为了使浸渍更加容易，应该使得浸渍液与预制体之间涧湿良好，采用表面张力大及粘度较小的浸渍液，选择孔隙度较大的预制体。通过理论分析和试验结果的分析可以看出，计算出的先驱体致密化模型能够较准确的反映出复合材料的密度与浸渍次数和浸渍液浓度的关系。 聚碳硅烷的热分解反应主要发生在300℃到1000℃，而分解出的无定形态SiC转换为碳化硅晶体的过程则发生在1000℃到1300℃阶段。聚碳硅烷的裂解产率为60％左右，裂解产物主要为碳化硅。 在相同的浸渍循环次数的情况下，对不同的预制体以及浸渍液浓度来说，当浸渍液浓度为50％时，试样最终密度最大。复合材料的弯曲强度随着裂解温度的升高而增加，1400℃制得的复合材料的强度最低，断裂韧性则为在1500℃时最低，而在1600℃制得的复合材料的综合性能最佳。 在浸渍液浓度为50％，裂解温度为1600℃的条件下，预制体密度为1.21g／cm3的材料性能最好，预制体密度为1.51g／cm3的复合材料性能最差。 加压浸渍制得的复合材料的致密度比真空浸渍的要高，能够有效的提高C／C-SiC复合材料的力学性能。当预制体密度为0.80g／cm3，C／C-SiC复合材料的密度为1.95g／cm3时，复合材料的弯曲强度达到323MPa，剪切强度为33.45MPa，断裂韧性为14.37MPa·m1／2。 预制体的分次沉积导致试样出现二次断裂的形貌。浸渍裂解制备的复合材料中存在大量气孔，大部分存在于纤维束之间或两束纤维的交叉处，这些气孔的存在在一定程度上降低复合材料的韧性。 材料的致密度越大，则复合材料的孔隙越小，导热系数越大。制得的材料的

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 引言  11-12
  1.2 碳／碳复合材料  12-15
    1.2.1 碳／碳复合材料的发展概况  12-13
    1.2.2 碳／碳复合材料的主要应用  13-14
    1.2.3 碳／碳复合材料用于刹车材料的特点  14
    1.2.4 碳／碳复合材料的制备  14-15
  1.3 C／C-SiC复合材料  15-19
    1.3.1 C／C-SiC复合材料简介  15-16
    1.3.2 C／C-SiC复合材料的制备方法  16-19
  1.4 先驱体转化制备陶瓷材料的研究概况  19-23
    1.4.1 先驱体陶瓷的出现  19-20
    1.4.2 先驱体陶瓷的发展现状  20-23
  1.5 聚碳硅烷  23-24
    1.5.1 简介  23
    1.5.2 聚碳硅烷的研究现状  23-24
  1.6 课题来源及意义  24-27
第二章 研究内容及研究方法  27-35
  2.1 研究内容  27
  2.2 实验方案  27
  2.3 试验用原材料及其性能  27-29
    2.3.1 碳碳多孔预制体  27-28
    2.3.2 先驱体的选择  28-29
    2.1.3 先驱体溶剂  29
  2.4 实验设备  29-31
    2.4.1 真空浸渍  29-30
    2.4.2 加压浸渍  30
    2.4.3 真空气氛裂解  30-31
  2.5 C／C-SiC复合材料的性能测试  31-35
    2.5.1 密度及致密度的测试  31
    2.5.2 力学性能的测试  31-33
    2.5.3 化学成分和微观结构分析  33-34
    2.5.4 热物理性能测试  34-35
第三章 先驱体转化法制备C／C-SiC复合材料的致密化分析  35-55
  3.1 引言  35
  3.2 先驱体热解工艺的确定  35-39
    3.2.1 聚碳硅烷的热分析  36-38
    3.2.2 聚碳硅烷分解产物的X射线衍射分析  38-39
  3.3 先驱体转化法(PIP)致密化的理论分析  39-46
    3.3.1 浸渍过程的静力学分析  40-42
    3.3.2 浸渍动力学分析  42-44
    3.3.3 先驱体浸渍过程的致密化模型分析  44-46
  3.4 先驱体浸渍工艺的确定  46-52
    3.4.1 浸渍液浓度对密度的影响  48-50
    3.4.2 浸渍次数与密度的关系  50-51
    3.3.3 与理论分析的对比  51-52
  3.5 小结  52-55
第四章 C／C-SiC复合材料的力学性能分析  55-71
  4.1 引言  55
  4.2 结果及分析  55-69
    4.2.1 浸渍液浓度对力学性能的影响  55-59
    4.2.2 预制体密度对力学性能的影响  59-62
    4.2.3 裂解温度对力学性能的影响  62-65
    4.2.4 浸渍工艺对力学性能的影响  65-67
    4.2.5 基体组成对力学性能的影响  67-68
    4.2.6 其他一些因素  68-69
  4.3 小结  69-71
第五章 C／C-SiC复合材料的热物理性能  71-77
  5.1 引言  71
  5.2 C／C-SiC复合材料的导热系数  71-74
    5.2.1 致密度的影响  72
    5.2.2 温度的影响  72-73
    5.2.3 化学组成的影响  73
    5.2.4 制备工艺的影响  73-74
  5.3 C／C-SiC复合材料的热膨胀系数  74-76
  5.4 小结  76-77
结论  77-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
声明  84

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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