cu3si改性c2fc-sic复合材料的力学与氧化烧蚀性能分析

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1、亟主兰位监翌————————一擅要摘要C／C-SiC复合材料即炭纤维增强炭与SiC陶瓷基复合材料，具有优异的综合力学性能、低密度、低热膨胀系数、高热导率、抗氧化、耐烧蚀和低磨损性能等特点，在航空、航天、能源领域受到广泛的关注。为了进一步改善C／C．SiC复合材料的各项综合性能，并降低成本，本文以全网胎炭毡为预制体，采用熔融渗Si和Cu(RhⅡ)工艺制各了cu3si改性C／C-SiC复合材料。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)、X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)等测试手段，分析了材料的组织结构和形貌。研究了cu3si改性C／C—S

2、iC复合材料的力学性能和氧化性能，并对cu，si改性C／C．SiC复合材料的烧蚀性能进行了探索性的研究。研究结果表明：(1)Cu3Si改性C／C．SiC复合材料的物相组成为C、Si、B．SiC和cu3si。随着熔渗剂si—cu中cu含量的增加，Cu3Si逐渐增加，残留si逐渐减少。材料的密度随Cu含量的增多而增大，孔隙率随之减小。不含Cu的试样较致密，开孔率为637％，纤维与基体之间结合良好。且随着熔渗剂Si．Cu中cu含量的增加，材料的密度从221gcm"3增至2，809cm3，开孔率从753％增至9．40％。(2)通过对材料力学性能的研究，

3、熔渗剂si—cu中Cu的质量含量为0Ⅲ％，25Ⅲ％，50Ⅲ％和75va％的cu3Si改性C／C．SiC复合材料的弯曲强度分别为4733h心a，41．32MPa，3957MPa和3348MPa，压缩强度分别为30621MPa，26876MPa，254．28MPa和22423MPa。力学性能随着Si．Cu中Cu质量比增多逐渐减小。从材料的载荷一位移曲线来看，弯曲表现出良好的“假塑性”，压缩呈现典型的脆性断裂特征。(3)等温氧化过程中，在700～i000℃范围，材料氧化失重率随时间呈直线增长，主要为C的氧化，Cu3Si，Si和SiC氧化生成微量的si

4、02；在1000～1300℃范围，失重趋于稳定，Cu3Si、Si和SiC同时氧化生成大量的Si02，与C的氧化失重平衡。800"C长时间氧化过程中，cmsi改性C／C．SiC复合材料氧化失重率随时间先呈直线关系增长后增长速度减慢，至4h后，材料的失重率达到一个恒定值。cu3si氧化生成Si02和CuO，部分si和SiC氧化生成了si02，这些氧化物覆在基体表面，对内部纤维和基体起到一定的保护作用。(4)含Cu50％ffjCu3Si改性C／C．SiC复合材料烧蚀40s的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为00021∥s和00169mm]st烧蚀60s的质量

5、烧蚀率和线烧蚀率分别为0．0032g／s和0．0228mm／s。材料的烧蚀机制主要以升华、冲刷和氧化为主。SiC和c“3Si的升华降低材料表面的温度，氧化生成的Si02和CuO附在材料表面，起到抑制氧化和弥补缺陷的作用。关键词Cu3Si改性C／C．SiC复合材料，力学性能，氧化性能，烧蚀性能亟±芏擅监噩△BS卫垫￡IABSTRACTCarbonfiberreinforcedcarbon／siliconcarbidebinarymamx(C／C-SiC)composites，alsonamedasC／SiCcomposites，possessex

6、cellentmechanicalproperties，lowdensity,lowthermalexpansioncoefficient，heatconductivity,oxidationresistance，ablationresistanceand10w-wearperformanceTherefore，C／SiCcompositesarewidelyusedinthefieldofaviation，aerospaceandenergy．Toimprovethecomprehensiveperformanceandreducecosts

7、ofC／C-SiCcomposite．CulSjmodifiedC／C—SiCcompositeswerefabricatedbyinfiltratingCuandSiintoC／CfeItperforms．Themicrostructureandmorphologywereinvestigatedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)，energyspectrumanalysis(EDAX)，X—raydiffraction(XRD)andmetallographicmicroscopefOM)．Themechan

8、ical．oxidationandablationpropertiesofCu3SimodifiedC／C—SiCcompositeswerestud