短纤维c2fc-sic复合材料的制备与性能分析

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1、硕士学位论文第一章绪论陶瓷材料具有硬度高、耐高温、耐化学腐蚀等优异性能，但它的脆性及其显著的缺陷敏感性，限制了它在热结构材料领域的应用。陶瓷基复合材料(CMc)的出现是为了克服整体陶瓷低韧性的弱点，使之能用于火箭发动机，喷气发动机以及热保护系统等的高温部件【l】。C／C．SiC复合材料，即炭纤维增强陶瓷基(双基体：C和SiC)复合材料，该材料具有密度低，抗氧化性能强、耐腐蚀以及优良的力学性能和热物理性能等优点[2．31，是一种能满足在1650℃使用的新型高温结构材料和功能材料，已应用于航空航天、车辆工程、机械工程、光学工程等领域【41，受到了国内外

2、大量科技工作者的青睐。目前，C／C-SiC复合材料已应用于返回式飞船的面板、小翼、升降副翼和机身舱门，航天飞机的热防护系统，保时捷汽车和高速列车的刹车片，太空反射镜等部件和产品[3．41．德国的DLR(DeutschesZentrumfdrLuft-undRaumfahrt，德国航空航天中心)和Stuttgart大学在该领域的研究一直处于世界领先地位。到20世纪90年代，国内也开展了C／C．SiC复合材料的研究，近年来，在西北工业大学、国防科技大学、中科院金属所、航天工业总公司四十三所和中南大学等单位在C／C．SiC复合材料的制备技术和应用等方面取

3、得了较大进尉5^7'8．Ol，缩短了与世界先进水平的差距。C／C-SiC复合材料的制备工艺将决定增强纤维的完整性、分布的均匀性和体积分数以及基体相的致密性、均匀性，气孔的体积分数和状态，而这些对材料的性能有至关重要的影响【Ⅻ。C／C．SiC复合材料的制备工艺主要包括预制体的制备工艺和后期致密化工艺。1．1C／C-SiC复合材料预制体的制备工艺C／C-SiC复合材料的增强相炭纤维与C／C复合材料一样，需要在气相沉积或浸渍之前预先成形为一种坯体，称为预制体。预制体的结构不仅影响复合材料制品的热学、力学、摩擦磨损、抗氧化、烧蚀等性能，更是直接影响CVD(

4、ChemicalVaporDeposition，化学气相沉积)增密速率、液相浸渍补充增密效率、开孔率，甚至生成的基体微观结构，因而预制体的制备显得较为重要。预制体可通过长纤维(或带)缠绕、炭毡、短纤维模压或炭布叠层并经Z向针刺硕士学位论文第一章绪论增强以及多向编织等方法制得。1．1．1无纬布预浸无纬布是制造纤维增强复合材料结构件的主要中间材料。其生产方法大致可分为两类；湿法和干法。湿法是用树脂固化体系溶液浸渍纤维，利用丝杆的螺距使纤维平行地绕在简体上，每绕过一圈正好移动一个螺距，也即移动一束纤维宽，绕满后沿简体母线切开，即制成预浸无纬布。干法是在克

5、服湿法存在预浸无纬布尺寸受辊筒限制，树脂含量控制较难和效率低等情况下发展起来的无溶剂生产预浸无纬布的新方法。其优点除不用溶剂外，树脂含量容易控制，生产效率高，环境污染小，是目前推广应用的一种制备预浸无纬布新工艺【11】．制各预浸无纬布的设备主要由机体、传动装置、辊筒、浸胶装置、供胶装置、纱架、纵向移动装置，辊压装置和调节间距装置等组成111]。其纤维出胶槽后经过导轮，可充分浸透纤维，并使树脂基体均匀分布。供胶装置采用了恒液面装置，有利于控制预浸无纬布的树脂含量，展平压辊可起到保证预浸无纬布外观均匀平整，且可控制无纬布树脂含量和厚度。排布设备采用调速

6、箱，可调节使用不同丝束的碳纤维间距，制备出符合用户要求的预浸无纬布。1．1．2二维编织炭布及叠层图1．1为普通二维编织机原理示意副12】。每根纱线挂在一个线轴上，线轴在机器上排成圆圈，机器上的线轴分为两组，一组正时针方向运动，另一组反时针方向运动，线轴相遇时互相交错，所以两组线轴相向交错形成8字形的运动轨迹，于是纱线相互交织形成管状织物(图1-2)或片状织物(图1．3)。图1-1二维编织机原理1一轨道板，2一逆时针运动线轴，3一顺时针运动线轴4一平整压块，5一滚筒，6收集装置2硕士学位论文第一章绪论图1-2管状二维编织物图1-3片状二维编织物二维编

7、织炭布适宜用来制造薄壁复合材料，对特殊方向的性能有很高的要求。但有时为了仅仅实现材料对壁厚的要求，会使用多层炭布叠层，’压实以便进行后续致密化。该种结构必然存在层问结合力很弱的特点。1．1．3针刺准三维结构为了克服炭布叠层和薄炭毡叠层的缺点，于是采用了针刺技术，发展出准三维的预制体结构。如“无纬布+网胎”针刺结构是利用带倒钩刺的针对无纬布和网胎按一定密度进行针刺，如图l-4所示，当针刺入时针刺上的钩刺挂住网胎或无纬布的部分纤维，刺入规定的深度后，一方面针刺产生的压力使网胎和无纬布压缩，另一方面，针的回位使挂住的纤维以垂直于无纬布方向，留在坯体内，使

8、网胎和无纬布结合成整体，从而形成准三维的预制体结构。常见的针刺准三维结构预制体还有“炭布+炭毡气“无纬布+炭毡”和“炭布+