pip法制备碳纤维增强碳化硅复合材料及其烧蚀性能的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要碳纤维增强碳化硅基复合材料（C/SiC）因其高比强、高比模、耐高温、抗氧化、耐磨损以及热稳定性较好等突出特点，成为航空航天领域极具潜力的热结构材料。本文采用先驱体浸渍裂解法（PIP）制备三向正交C/SiC复合材料，研究了制备工艺及纤维类型对复合材料力学性能和微结构的影响，优化了最佳工艺参数；研究了C/SiC复合材料氧-乙炔焰烧蚀过程，分析了烧蚀面微观结构、相组成和线烧蚀率，揭示了C/SiC复合材料的烧蚀机制。主要结论如下：(1)将三向正交碳纤维编织体置于质量比为1：0.4的聚碳硅烷/二乙烯基苯oo溶液中加压浸渍，65C浸渍30min后，降低至25C，增加

2、先驱体粘度，继续浸渍30min，从而提高其在编织体内残留率。(2)致密化前期快速升温裂解，以使基体内部气孔连通便于后续浸渍，后期o慢速升温裂解避免因热胀失配而产生裂纹，末期升温裂解至1600C以晶化基体。(3)与T300碳纤维相比，具有更高强度和模量的M30碳纤维与碳化硅基体界面产生较强的界面应力，消弱了纤维拔出，因此M30C/SiC复合材料的力学性能优于T300C/SiC复合材料。oooo(4)1600C、1800C、2200C、2900C氧-乙炔焰烧蚀C/SiC试样180s。材料从室温瞬间升温至烧蚀温度，烧蚀后材料表面没有宏观裂纹，保持了完整性，表明该材料具有优良的抗热冲击性能、抗

3、氧化和抗烧蚀性能。(5)烧蚀后材料表面形成三个区域。烧蚀中心均形成乙炔裂解沉积产生的乱ooo层碳涂层，1600C、1800C烧蚀后涂层表面分布有孔洞，2200C烧蚀后涂层表o面光滑，2900C烧蚀后涂层表面布满白色SiO2微粒。(6)C/SiC复合材料的线烧蚀率随着氧-乙炔流量和温度的增高而增大，氧化和机械冲刷加重。C/SiC复合材料在氧-乙炔火焰下的烧蚀机制是乱层碳沉积、氧化、机械冲刷综合作用的结果，此外还伴有碳化硅基体的再结晶。关键词：C/SiC复合材料，PIP，氧-乙炔焰，烧蚀性能，乱层碳iPIP法制备碳纤维增强碳化硅复合材料及其烧蚀性能的研究AbstractC/SiCcompo

4、siteisakindofgreatpotentialhigh-temperaturestructuralmaterialinaeronauticsandastronauticswithhighspecificstrength,highspecificmodulus,goodabrasivity,goodthermalstability,hightemperatureandoxidationresistance.Inthisdissertation,threedimensionalorthogonalC/SiCcompositewaspreparedbypolycarbosilanei

5、nfiltrationpyrolysis(PIP).Effectsofinfiltrationsolution,infiltrationprocess,pyrolysisprocessonthemicrostructureandpropertieswerediscussed,andtheoptimalprocesswasdetermined.C/SiCcompositeswereablatedbyoxy-acetyleneotorchinthetemperaturerangeof1600~2900C.Microstructure,phasecompositionandlinearabl

6、ationratewereinvestigatedafterablationtest.Themainconclusionsareasfollows:(1)Theinfiltrationsolutionwascomposedofpolycarbosilaneaspreceramicanddivinylbenzeneassolvent(massratio1:0.4).Heatingofsolutionattheinitialinfiltrationstagedecreasedviscosityforinfiltrationconveniently.Coolingatlaterstagein

7、creasedtheresidualrateofsolutioninthecarbonfiberbraid.(2)EffectsofpyrolysisprocessesonmicrostructureandmechanicalpropertiesofC/SiCcompositewereinvestigated.Slowheatingrateandrapidheatingratewereadoptedtoforminterconnectedsma