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1、国防科技大学学报第30卷第2期JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.30No.22008文章编号:1001-2486(2008)02-0041-05*准陶瓷CfPSiC复合材料的制备周长城,张长瑞,胡海峰,张玉娣,王志毅(国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073)摘要:采用热重-差热(TG-DTA)、红外(IR)等分析测试手段,研究了聚碳硅烷(PCS)的裂解及化学转化过程,从理论上验证了先驱体聚碳硅烷(PCS)600e裂解产物的准陶瓷特性。先驱体聚碳硅烷在600e呈现一种半有机、半
2、无机状态,其产物具有准陶瓷的特征,在大约750e出现无机化转变高峰,固称其为准陶瓷。以碳布、准三维编织体、三维编织体为增强体,采用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在600e制备了碳纤维增强碳化硅(CfPSiC)准陶瓷基复合材料。结果表明,以三维编织体增强的准陶瓷CfPSiC复合材料获得了较理想的结构、3性能,所制备3D-CfPSiC复合材料密度仅有1127gPcm,弯曲强度达到193169MPa,室温拉伸强度为197169MPa,600e拉伸强度为167133MPa。复合材料断口形貌分析表明,在低温600e制备的准陶瓷CfPSiC复合材料呈现明显的韧性断裂特
3、征。关键词:PCS;CfPSiC;复合材料;先驱体浸渍裂解;准陶瓷中图分类号:TQ343文献标识码:APreparationofQuasiCeramicCfPSiCCompositesZHOUChang-cheng,ZHANGChang-rui,HUHa-ifeng,ZHANGYu-di,WANGZh-iyi(CollegeofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Theconversionprocess
4、ofthepolycarbosilane(PCS)intosiliconcarbide(SiC)wasinvestigatedbyTG-DTA,infra-redspectrumanalysis(IR)andX-raydiffraction(XRD)etc,whichindicatedthequasiceramiccharacteristicsofpyrolyzatestreatedat600e.Thecarbonfiberreinforcedsiliconcarbide(CfPSiC)compositeswereherebypreparedat600e
5、throughprecursorinfiltrationandpyrolysis(PIP),andpolycarbosilane(PCS)actedasprecursor,carbonfiberasenhancedfiber.Theresultsshowthatbendingstrengthof3D-CfPSiCcompositesare193.69MPa,roomtensilestrength197.69MPa,hightemperature(600e)tensilestrength167.33MPa.3Noticeably,thedensityof3
6、D-CfPSiCcompositesisjustonly1.27gPcm.Furthermore,thefracturesurfaceandmicrostructurewereanalyzedanddiscussedtoo.Keywords:polycarbosilane;CfPSiC;composites;precursorinfiltrationandpyrolysis;quasiceramic随着飞行器飞行马赫数的提高,现有铝合金材料已不能满足高速飞行器对材料轻质、高强、长时间使用的要求。采用树脂基复合材料,如聚酰亚胺,可以在一定程度上缓解对复合材
7、料的要求,但要实现高温(500~800e)长时间使用,却是树脂基复合材料以及钛合金所不能满足的。CfPSiC复合材料以其低密度、高强度、抗氧化性好等一系列优异性能,在航空、航天等领域已得到广[1-2][3-4]泛应用,有关CfPSiC复合材料的制备工艺优化也成为国内外研究的热点。先驱体转化法(PIP)[5-6]以其可低温陶瓷化的显著优势已逐步发展成为CfPSiC复合材料制备的主流工艺之一。先驱体转化法(PIP)是一种有机聚合物先驱体高温裂解转化制备陶瓷基复合材料的通称,其特点是有机聚合物在高温条件下发生一系列物理、化学变化,最终散失其有机特征,转化为无机
8、物陶瓷。PCS是以硅碳键为主链的聚合物,在惰性气体保护下,在大约550e发生熔融
