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SiC_f/SiC复合材料反射镜坯体的制备与性能研究

作　者: 司亚凯
导　师: 曹英斌
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: SiC_f/C SiC_f/SiC 浸渍裂解 孔隙率 裂解碳 高温处理
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 48次
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内容摘要


本文以空间轻质反射镜为研究背景,开展短切SiC纤维增强SiC复合材料制备技术研究。使用短切SiC纤维制成的整体毡预制件,利用CVD工艺在SiC纤维表面沉积一定厚度的SiC涂层,采用PIP工艺引入一定量的C得到多孔SiCf/C复合材料,最后通过GSI工艺制得致密的SiCf/SiC复合材料。对不同浸渍裂解次数得到的SiCf/C复合材料素坯进行了分析,考察了不同孔隙率素坯烧结所得SiCf/SiC复合材料的组成、结构、力学、热学性能的变化情况。对SiCf/C素坯进行高温处理,分析高温处理后素坯中裂解碳和孔隙率的变化,并对烧结后所得SiCf/SiC复合材料各项性能的变化进行了讨论。（1）对SiCf/C复合材料素坯中裂解碳含量分析设计,根据SiC纤维编织件的孔隙率建立假设模型,计算出素坯的理论最佳孔隙率为48.7%、理论裂解碳含量为41.3%。（2）对不同浸渍裂解次数制得的SiCf/C复合材料素坯进行分析,随着浸渍裂解次数的增加,素坯密度增加,孔隙率降低,裂解C含量的增加,且素坯密度增加的速度趋缓。浸渍裂解次数为2次时,素坯的孔隙率为46.7%,最为接近理论临界孔隙率。（3）研究了不同浸渍裂解次数素坯制得SiCf/SiC复合材料的组成、力学和热学性能。XRD和金相分析结果表明,随着渍裂解次数的增加,SiCf/SiC复合材料中残余硅含量降低、残余碳含量增加。当浸渍裂解次数为2次时,素坯中裂解C含量为43.3vol%,此时SiCf/SiC复合材料力学性能最佳,强度和模量分别为160.45MPa和242.62GPa。所得SiCf/SiC复合材料的CTE随着裂解次数的增加不断降低,分别为4.4×10-6/K、4.2×10-6/K、4.1×10-6/K、3.8×10-6/K。（4）考察了素坯高温处理后所得SiCf/SiC复合材料的组成和力学性能。高温处理素坯所得复合材料中残余Si含量减小,SiC含量增多,其密度有一定的提高。但所得复合材料的力学性能降低,在素坯孔隙率较为接近的情况下,所得SiCf/SiC复合材料弯曲强度由160.5MPa降至116.9MPa。

全文目录


摘要  11-12
ABSTRACT  12-14
第一章 绪论  14-30
  1.1 空间轻质反射镜研究背景  14-19
    1.1.1 反射镜材料的发展现状  15-16
    1.1.2 不同种类碳化硅材料的性能  16-19
  1.2 SiC 基复合材料的研究与应用现状  19-24
    1.2.1 SiC 基复合材料的研究现状  19-20
    1.2.2 国内外应用现状  20-24
  1.3 SiC 基复合材料反射镜素坯的制备工艺  24-27
    1.3.1 反应烧结法(RB)  24
    1.3.2 化学气相渗透法(CVI)  24-25
    1.3.3 聚合物浸渍裂解法(PIP)  25-26
    1.3.4 液相硅浸渍工艺(LSI)  26
    1.3.5 气相硅反应工艺(GSI)  26-27
  1.4 SiC 基复合材料反射镜研究的不足与发展趋势  27-28
  1.5 选题思想及研究内容  28-30
第二章 实验部分  30-37
  2.1 原料与仪器设备  30-31
    2.1.1 实验的基本原料  30
    2.1.2 主要仪器与设备  30-31
  2.2 实验过程  31-33
    2.2.1 SiC 纤维针刺毡的制备  31-32
    2.2.2 CVD SiC 涂层的制备  32
    2.2.3 浸渍裂解工艺  32-33
    2.2.4 高温处理工艺  33
    2.2.5 GSI 工艺制备SiC_f/SiC 复合材料  33
  2.3 性能测试  33-37
    2.3.1 密度及孔隙率测试  33
    2.3.2 弯曲强度测试  33-34
    2.3.3 弹性模量测试  34-35
    2.3.4 热膨胀系数的测定  35
    2.3.5 热导率的测定  35
    2.3.6 扫描电子显微分析  35-36
    2.3.7 金相分析  36
    2.3.8 元素能谱分析  36
    2.3.9 XRD 物相分析  36
    2.3.10 N_2 等温吸附测定(BET)  36
    2.3.11 残余硅含量测试  36-37
第三章 结果与讨论  37-69
  3.1 SiC_f/C 素坯裂解碳含量设计  37-44
    3.1.1 硅碳界面反应机理  37-40
    3.1.2 模型的基本假定  40-41
    3.1.3 素坯的理论临界孔隙率  41-42
    3.1.4 复合材料的理论临界密度  42-44
  3.2 SiC 毡体及其CVD 涂层的制备及分析  44-46
    3.2.1 SiC 毡体预制件的制备  44-45
    3.2.2 CVD SiC 涂层的制备  45-46
  3.3 浸渍裂解制备SiC_f/C 素坯的工艺研究  46-51
    3.3.1 浸渍过程影响因素的分析  47-48
    3.3.2 浸渍裂解次数对素坯密度和孔隙率的影响  48-51
  3.4 SiC_f/SiC 复合材料的性能研究  51-62
    3.4.1 浸渍裂解次数对SiC_f/SiC 复合材料组成的影响  51-53
    3.4.2 浸渍裂解次数对SiC_f/SiC 复合材料显微组织的影响  53-58
    3.4.3 浸渍裂解次数对SiC_f/SiC 复合力学性能的影响  58-60
    3.4.4 浸渍裂解次数对SiC_f/SiC 复合材料热学性能的影响  60-62
  3.5 素坯高温处理对SiC_f/SiC 复合材料的影响  62-69
    3.5.1 高温处理后对素坯的影响  63-65
    3.5.2 素坯高温处理对SiC_f/SiC 复合材料显微组织的影响  65-67
    3.5.3 素坯高温处理对SiC_f/SiC 复合材料力学性能的影响  67-69
结束语  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-78
作者在学期间取得的学术成果  78

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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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