纤维表面状态对C∕C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响.pdf

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1、航空学报May252015V01．36No．51704-1712ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000·6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．educnhkxb@buaa，edu．cnD0l：10．7527／S1000—6893．2014．0154纤维表面状态对c／c—SiC复合材料微观组织和相成分的影响代吉祥，沙建军*，王首豪，王永昌大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连116024摘要：为了研究纤维表面状态对c／c—SiC复合材料微观组织和相成分的影响，将T300碳纤维

2、在氮气氛围中进行不同温度的热处理后，采用液硅熔渗法制备了c／c—SiC复合材料。采用光电子能谱(XPS)对纤维表面成分进行了分析。结果表明：未处理纤维表面具有较高的氧含量，随着热处理温度的升高，纤维表面氧含量逐渐降低，导致纤维表面含氧官能团数目减少。扫描电镜(SEM)观察发现：未处理纤维增强的c／c预制体，子L隙尺寸较大且孔隙率低；而经1500℃热处理纤维增强的预制体，孔隙尺寸较小但孔隙率高。随后对c／c预制体进行液硅熔渗处理，并对熔渗反应过程分析发现：由未处理纤维增强的预制体，液硅熔渗反应主要受溶解一沉淀和界面限制的扩散反应过程控制，获得的c／c-si

3、c复合材料中SiC基体相分布规则且含量较低，同时含有较高的残留Si；而经1500℃热处理纤维增强的预制体，熔渗反应则主要受溶解一沉淀过程控制，获得的c／c-sic复合材料中SiC基体含量多且分布较均匀，残留Si含量较少。关键词：纤维表面状态；c／c-sic；陶瓷基复合材料；微观组织；相成分中图分类号：V257；TB332文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)05—1704—09C／C—SiC复合材料相对于c／c复合材料而言，主要区别在于采用抗氧化性能优异的SiC基体取代了c／c复合材料中的部分C基体，从而在基本保持了c／c复合材料力学性能

4、的基础上，显著改善了抗氧化性能。因此，c／c—SiC复合材料除了具备c／c复合材料的耐高温、高比强度、高比模量、低热膨胀系数和优异的高温热力学稳定性等一系列优良性能外，还具有基体致密度高、耐热震、抗烧蚀以及热化学稳定性好等特性，是一种具有优异结构强度和耐氧化／腐蚀的轻质新型复合材料，在航天飞行器的热防护系统、火箭发动机的高温热结构部件等高新技术领域拥有巨大的应用潜力‘1—4。。目前，在该类材料的制备工艺上，液硅熔渗法(LiquidSiliconInfiltration，LSI)凭借工艺过程简单、制备周期短、成本低、近净成型、易于工业化生产等优点，使相关研

5、究在国内外受到极大关注[1,3,53。其工艺路线主要包括3个子过程[1。]，特别地，在第2子过程中获得的c／c预制体是制备c／c—SiC复合材料的关键中问体，其孔隙率和基体微观结构的演变对最终C／C-SiC复合材料的性能有很大影响。张永辉等将不同基体碳含量的c／c预制体进行液硅熔渗，发现随着预制体中基体C含量的增加，复合材料中的SiC含量降低。同时，材料弯曲强度也随基体C含量增加而增加[6]。这主要是由于预制体微结构对液硅熔渗反应过程影响的结果。Kumar等对预制体中孔隙尺寸进行了统计分析，并在宏观层面上研究了收稿日期：2014—05—13；退修日期：2

6、014-06—04；录用日期：2014-07—08；网络出版时间：2014—07—2114：55网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／107527／$1000—6893．2014．0154html基金项目：国家自然科学基金(91216201)；新世纪优秀人才支持计划(NCET-11-0052)；国家教育部博士点专项基金(20130041110013)*通讯作者．Tel：0411—84709004E-mail：jjsha@dlut．eduCR引用格武lDaiJX，ShaJJ．WangSH．eta1．&fluenceoffibers

7、urfacestateOnmicrostructureandphasecompositionofC／C-SiCcompos—itesgJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2015，36(5)：1704-1712代吉祥．沙建军。I莒豪。等纡维表面状态对c／C-SiC复合材料微观组织和相成分的影响!J]．航空学报，2015，36(5)：1704．1712．代吉祥等：纤维表面状态对c／c—SiC复合材料微观组织和相成分的影响预制体的液硅熔渗行为，通过考察熔渗反应过程中孔隙尺寸对SiC层生长的影响，发现复合材料微观组织特

8、征主要受预制体中孔隙尺寸和分布的影响[7。8J。由此可知，C／C预制体的孔隙尺寸