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1、碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究AStudyoftheCeramicMatrixCompositesReinforcedbyCarbonFibers杨雪戴永耀赵广文金东明(北京航空材料研究院)YangXueDaiYongyaoZhaoGuangwenJinDongming(InstituteofAeronauticalMaterials,Beijing)[摘要]使用CVD技术提高纤维增强陶瓷基复合材料的密度是很困难的,因为它很难使反应气体完全渗入到基体里面。这是由于“瓶颈”效应所致,即CVD过程
2、阻塞了基体表面的小气孔,进而封闭了通向大气孔的入口。为此,提出一种新的方法位控CVD(PCCVD),来克服上述困难。通过控制反应气体通道位置和试样的加热位置,从而达到控制沉积位置,使沉积界面始终处于开孔状态。使用PCCVD技术制造的CöSiC复合材料,实际密度可达其理论密度的96%。关键词碳纤维增强陶瓷基复合材料[Abstract]OneoftheproblemswiththeuseofCVDtechniquestodensifytheceramicma2trixreinforcedbyfibersisthedifficultyina
3、chievingcompleteinfiltration1Thisisdueto“bottle2neck”effectsinwhichtheCVDmatrixclosesoffsmallpores,whichinturnblocksaccesstolarg2erpores1Tothisendanewmethod,positioncontrolCVD(PCCVD),toovercomethedifficultyabovementionedispresented1Bymeansofcontrollingthereachingpositio
4、nofreactgasesandtheheatingpositioninmatrix,thecloseporesinthematrixdensifiedbyPCCVDtechniquehavenotcomeintobeingfromstarttofinish1Thereareonlyafew,ifany,poresinmatrixandthedensityofCöSiCcompositesmanufacturedbyPCCVDtechniquecanachieve96%oftheoreticaldensity1Keywordscarb
5、onfibersreinforcedceramicmatrixcomposites1引言存在着致密性差(一般只能达到理想密度的70%～[4]80%)、不易成型且沉积时间过长等问题。为了解决上发展更高效率热机的关键在于提高工作温度,而提述问题我们提出了一种新工艺新方法PCCVD即位控化高工作温度之关键又取决于更高工作温度材料的研制。学气相沉积法,并进行了初步试验。镍、钴基高温合金已发展到接近其使用温度的极限,因2实验方法此要进一步提高发动机的效率,就必须研制和发展陶瓷基复合材料。连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCC)是211实验材料最有
6、希望满足发动机高温部件要求的材料,而制造通过PCCVD来制造碳纤维增强碳化硅复合材料。CFCC的工艺则是其中最关键的问题。传统的热压烧结本工艺选用高模量碳纤维(抗张强度为212GPa,抗张模工艺会大大损伤纤维,并使纤维和基体发生严重的化学量为360GPa,密度为118göcm3)和甲基三氯硅烷[1～3]反应。溶胶2凝胶法(sol2gel)和化学气相沉积(MTS)。MTS的纯度约为94%。使碳化硅基体沉积在碳(CVD)或渗透(CVI)则是制造CFCC的较好方法,但纤维预制件上。使用溶胶2凝胶法生产出的复合材料密度较低,制造温212PCC
7、VD的原理度仍较高(约1300～1400℃),而且还需加压,不够理在传统的CVD工艺中,反应气体是通过载气(或许想。而CVD(CVI)只能沉积简单的薄壁件,如单层纤维参加也可能不参加反应)携带到加热的预制件上,在预薄片或薄壳型材料。对于粗厚型件内部往往出现孔洞,制件的表面,气体反应形成固体沉积物,而反应生成的·19·材料工程ö1999年2期气体由载气带出沉积系统。在沉积过程中,整个预制件的压力差,迫使反应气流经沉积界面后流出;里外同时沉积,由于预制件的外部比内部有更多的机会(3)沉积界面以一定的速度在沿温度梯度方向移接触反应气体,而迅
8、速达到完全沉积。结果,通向预制动并且移动速度必须与预制件中碳化硅的沉积速度相[5]件内部的入口被封闭,使得反应物从反应气体到预制匹配;件内部纤维表面的物质交换和生成物从纤维表面到主(4)将反应气体引入模子通过沉积界面,迫
