SiC含量对C∕C-SiC炭陶复合材料力学和热学性能的影响

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1、设计·工艺航天制造技术设计·工艺SiC含量对C/C-SiC炭陶复合材料力学和热学性能的影响虎琳肖志超张永辉（西安航天复合材料研究所，西安710025）摘要：以针刺网胎无纬布为预制体，采用压力浸渍树脂/炭化工艺结合反应熔体浸渗法（RMI）快速制备C/C-SiC炭陶复合材料。研究了SiC含量对炭陶复合材料力学和热学性能的影响，结果表明：炭陶复合材料的拉伸和弯曲强度随SiC含量的增大呈先增后减趋势，二者的最大值分别达到54.3MPa和153MPa；热扩散系数和导热系数随SiC含量的增大而减小，而炭陶复合材料的平均热膨胀系数则随SiC含量的增大而增大。关键词：C/C-SiC复合材料；RMI；S

2、iC含量；性能EffectofSiliconCarbideContentonThermalandMechanicalPropertiesofC/C-SiCCompositesHuLinXiaoZhichaoZhangYonghui(Xi’anAerospaceCompositeMaterialsResearchInstitute,Xi’an710025)Abstract：TheC/C-SiCcompositeswerefabricatedbythecombinationofresinimpregnation/carbonization(IC)withreactivemeltinfilt

3、ration(RMI).TheeffectsofsiliconcarbidecontentonthermalandmechanicalpropertiesofC/C-SiCcompositeswereinvestigated.TheresultsshowthattherelationshipbetweentensileandflexuralstrengthandSiCcontentoftheC/C-SiCcompositesfirstgoesupandthenfallsdown.Themaximumvaluesoftensileandflexuralstrengthare54.3MPa

4、and153MPa.ThethermaldiffusivitycoefficientandthermalconductivitycoefficientdecreasewiththeincreaseofSiC.However,thecoefficientofthermalexpansion(CTE)ofC/C-SiCincreaseswiththeincreaseofSiC.Keywords：C/C-SiCcomposites；RMI；siliconcarbidecontent；properties1引言特点，自从上世纪八十年代作为一种热结构材料出现以来，已在航空航天领域、机械工程和制动

5、系统等领[1～6]C/C-SiC炭陶复合材料是一种集热防护、抗氧化和域得到了广泛应用。目前，在C/C-SiC炭陶复合材结构承载于一体的新型结构功能一体化材料，相比于料的几类制备工艺中，反应熔体浸渗法（RMI）是最C/C复合材料，其最显著的特点是通过引入抗氧化性具发展潜力的一种，因具有工艺简单、成本低廉、产和耐摩擦磨损性更好的SiC陶瓷基体相，在大幅提升品致密周期短、残余孔隙率低等诸多优点而备受科研[7]C/C复合材料固有的各项性能的基础上，同时具有致人员青睐。密化程度高、对环境适应能力强、服役期限长等突出碳纤维增强体、C和SiC基体以及纤维/基体界面作者简介：虎琳（1992），硕士，材

6、料科学与工程专业；研究方向：高温材料及制造。收稿日期：2017-06-151设计·工艺2017年8月第4期3是C/C-SiC炭陶复合材料的主要组成部分，也是影响式中：ρ1为试样的体密度，g/cm；m为试样的质[8]炭陶复合材料各项性能的关键因素。代吉祥等研究了量，g；a、b、h分别为试样的长、宽、高，mm；η为3纤维热处理对炭陶复合材料层间剪切性能的影响；试样的孔隙率；ρ为蒸馏水的密度，g/cm。[9]ZhangYonghui等研究了热解碳含量对炭陶复合材料2.2.2微观结构表征与分析[10]微观结构和力学性能的影响；肖鹏等研究了SiC含采用JSM-6460LV型扫描电子显微镜（SEM

7、）对量对炭陶复合材料摩擦磨损性能的影响，结果表明：材料的微观形貌进行观察，并对表面元素进行能谱分炭陶刹车材料的摩擦系数随SiC含量的增加呈先升后析；利用D8Advance型X衍射仪（XRD）分析材料表降趋势。SiC作为C/C-SiC炭陶复合材料的重要基体层物相。相，不仅起到传递部分载荷的作用，而且起到保护纤2.2.3力学和热学性能测试维增强体的作用，其含量必然会显著地影响炭陶复合采用INSTRON-5500R型万能试验机测试试样的材料的各项性能