C-SiC复合材料断裂韧度的影响.pdf

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1、第34卷第2期航空材料学报Vo1．34．No．22014年4月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSApril2014纤维热处理对C／C—SiC复合材料断裂韧度的影响代吉祥，沙建军，张兆甫，李建，韦志强(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连116024)摘要：对未处理和不同温度(600℃，900℃，1200℃和1500~C)热处理的纤维增强树脂基复合材料(CFRP)进行裂解，获得不同微裂纹和孔隙分布的C／C预制体，用液硅熔渗法(LSI)制备C／C-SiC复合材

2、料。采用单边切口梁法(SENB)测试C／C—SiC复合材料的断裂韧度，分析纤维热处理温度对C／C-SiC复合材料微观形貌和断裂韧度的影响机理。结果表明：对碳纤维进行热处理能够有效改变C／C预制体的裂纹和孔隙分布，通过液si熔渗可以制备不同微观组织结构的C／C—SiC复合材料，经热处理纤维增强的C／C．SiC复合材料中SiC基体增多，包裹在c纤维表面且分布较为均匀，同时C／C—SiC复合材料的断裂韧度提高，经1200℃热处理的碳纤维增强的C／C—SiC复合材料断裂韧度达到7．9MPa·m”，与未处理

3、的相比，断裂韧度提高了53％。关键词：C／C—SiC复合材料；热处理；微观结构；断裂韧度doi：10．3969／j．issn．1005—5053．2014，2．013中图分类号：TB332；V257文献标识码：A文章编号：1005—5053(2014)02—0069—08C／C—SiC复合材料结合了纤维增强体优异的高体中，以直接接触和扩散的方式与C发生反应生成温力学性能和陶瓷体良好的化学热稳定性，具有低SiC基体。其中，第二个子过程获得的C／C预制密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀和摩擦磨损率体

4、遍布微裂纹和微孔，这些微裂纹和孔隙充当着液低等优异性能，在航空航天和深空探测等高新技术相Si渗入的主要通道，特别是微裂纹和孔隙的密度领域具有非常强的应用潜力¨“。该类材料的制备和分布直接决定着C／C—SiC复合材料的微观形貌、方法主要有气相和液相法，包括化学气相浸渍法基体组织成分和力学性能。文献[9，10]研究了C／(CVI)，聚合物浸渍裂解法(PIP)和液相硅熔渗法C预制体中热解碳含量对C／C-SiC复合材料微观结(LSI)等。从制备复杂性、成本效益及材料性能综构和弯曲性能的影响。Juliane

5、等¨采用LSI法制合考虑来看，每种工艺过程都有其优缺点。LSI工备了相成分不同的C／C．SiC复合材料，并测试了相艺因其制备过程简单、产品致密度高、周期短、成本成分的变化对材料断裂力学性能的影响。低、可实现净尺寸成型且易于工业化生产等优点，近上述研究表明，C／C预制体微观组织结构影响年来受到国内外研究者的广泛关注。着最终C／C—SiC复合材料的关键性能。而在前期的LSI工艺主要包括三个子过程：(1)采用树脂传研究中发现，CFRP先驱体中纤维．树脂界面结合强递模塑(RTM)工艺或热压釜工艺制备c纤维

6、增强度对C／C预制体的微观结构有显著影响¨”。大树脂基复合材料(CFRP)；(2)将CFRP先驱体在高量的研究表明：对碳纤维进行表面处理能有效于900oC下裂解获得多孔C／C预制体；(3)在高于改变其表面活性官能团，从而可以调整CFRP先驱si熔点(1420oC)的温度下，用熔融si对多孔C／C体中纤维．树脂界面结合强度。纤维表面处理方法预制体进行渗入，液相si通过孔隙进入到C／C预制有表面氧化法、表面沉积法等，这些方法可使纤维表面含氧官能团增加，获得更高的界面结合强度。而本课题组的研究发现，对纤

7、维热处理同样可以改收稿日期：2013-01—10；修订日期：2013—02-28基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金(DUT11ZD变纤维一树脂之间界面结合强度，从而改变C／C(G)01)；教育部新世纪人才计划(NCET·11—0052)预制体中微裂纹／孔的形态及分布，这样在第三个子作者简介：代吉祥(1988一)，男，博士研究生，主要从事陶瓷过程中就可以对C／C—SiC复合材料微观组织、结构基复合材料的研究，(E—mail)djx725525@163．con进行有效调控。通讯作者：沙建军(19

8、72一)，男，教授，主要从事复合材料研综上所述，纤维热处理可以改变C／C-SiC复合究，(E—mail)jjsha@dlut．edu．ca。材料微观组织结构，从而影响其关键性能，而在目74航空材料学报第34卷研究表明二维C／C复合材料的断裂韧度约为4～提高了53％，而纤维经1500℃热处理后C／C-SiC复5MPa·m，这与本工作中未处理纤维增强的C／C—合材料断裂韧度则有所下降。SiC复合材料的断裂韧度结果相近(见图7)。因(3)适当的纤维．基体界面结合强度有利于纤维此，对于未处