ZrC／SiC多组元改性C／C复合材料的制备及性能研究.pdf

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1、第34卷第3期航空材料学报Vo1．34．No．32014年6月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSJune2014ZrC／SiC多组元改性C／C复合材料的制备及性能研究李秀倩，焦健，邱海鹏，王宇，陈明伟，谢巍杰(中航工业复合材料技术中心先进复合材料国防科技重点实验室，北京101300)摘要：以炭毡作为纤维增强体，采用化学气相渗透工艺研制出低密度的C／C复合材料，进而以低密度炭／炭复合材料为预制体，采用聚碳硅烷和有机锆前驱体作为复相陶瓷前驱体，采用先驱体浸渍裂解工艺成功制备出ZrC／SiC多组元改性C／C复合材料试样。借助万能电子试验机和扫描电镜进行

2、材料的力学性能和微观结构分析。结果表明：包含ZrC颗粒的SiC相双组元弥散分布在C／C复合材料基体中，且随着前驱体中有机锆含量的增加，力学性能出现先升后降的趋势，当有机锆前驱体质量分数为25％时，改性C／C复合材料弯曲强度和弯曲模量较优，分别为240．61MPa和17．25GPa。关键词：化学气相渗透；浸渍裂解；ZrC／SiC多组元改性；三点弯曲强度；微观结构分析doi：10．11868／j．issn．1005~053．2014．3．011中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1005—5053(2014)03-0069—05进入二十一世纪，国际军事装备竞赛日趋激

3、烈，PZr)和聚碳硅烷的有机溶液引入到C／C复合材料特别是美国于2010年成功发射X一37B空天飞机，掀中，从而实现陶瓷改性组元的分子互溶，进而得到均起了空天飞机研发和空天高技术竞争的高潮。轻匀弥散的ZrC／SiC改性C／C复合材料’。质、抗烧蚀的C／C复合材料日益成为支撑飞行器发依据以上情况，本工作首先采用CVI工艺研制展的关键热结构材料，世界主要发达国家均将其列出低密度炭／炭复合材料，之后以低密度炭／炭复合为优先发展的目标。但由于C／C复合材料较差的材料作为预制体，采用聚碳硅烷和有机锆前驱体抗烧蚀性能而限制了其应用发展。(PZr)作为改性陶瓷组元，运用PIP工艺制备出

4、国内外的研究资料表明，采用难熔金属化合物SiC／ZrC多组元改性炭／炭复合材料的研制，并对其对C／C复合材料进行基体改性，可显著优化C／C复结构及其力学性能进行分析研究。合材料的高温抗冲刷、抗烧蚀性能，其中，ZrC以其较高的熔点(高达3530~C)，在难熔金属化合物中相1实验过程对较低的密度(6．90g／cm)，优异的高硬度、耐冲刷、抗烧蚀性能而作为新型复合材料中的耐超高温1．1ZrC／SiC多组元改性炭／炭复合材料的研制陶瓷相；而SiC改性C／C复合材料因其比强度和比以炭毡作为纤维预制体，其中纤维体积分数为模量高、导热导电性好、抗热震性好等优点而成为陶19％，纤维预制体

5、尺寸为220mm×140mm×10mm，瓷改性组元。采用CVI工艺，以丙烷为碳源气体，氮气为稀释气目前，将ZrC，SiC引入到C／C复合材料中的方体，制备出密度为1．3～1．4g／cm的C／C复合材料法主要有溶胶一凝胶工艺、化学气相沉积工艺(chem-坯体。进而采用PIP工艺，以聚碳硅烷、有机锆混合icalvapourinfiltration，CVI)、先驱体浸渍裂解工艺溶液作为复相陶瓷前驱体，经多个浸渍裂解循环，获(precursorinfiltrationandpyrolysis，PIP)等。采用得密度1．8g／cm以上的ZrC／SiC多组元改性炭／PIP工艺，将能够

6、完全互溶的ZrC前驱体(有机锆，炭复合材料样件。以碳化锆前驱体(有机锆，PZr)在前驱体中的配比为0％，25％，50％和75％四种，收稿日期：2013-07-03；修订日期：2014-04—08分别记为试样A，B，c，D，如表1所示。作者简介：李秀倩(1978一)，女，硕士，工程师，从事碳基及陶瓷基复合材料方面的研究，(E-mail)lxq7808@163．com。rLrlrL第3期34ZrC／S5iC多组元改性C／C复合材料的制备及性能研究73]J1●J1J周瑞发，韩雅芳，李树索．高温结构材料．北京：国防科niques，2008(2)：29—35．技出版社，2006：4

7、4—54．[6]DOUARCHEN，ROUBYD，PEIXG，eta1．Relationsbe—崔红，李瑞珍，苏君明，等．多元基体抗烧蚀炭／炭复合tweenX—raytomography，densityandmechanicalproperties材料的微观结构分析[J]．固体火箭技术，2001，24incarbon—carboncomposites[J]．Carbon，2001，39(10)(3)：11—14．：1455—1465．(CUIH，LIRZ，SUJM，eta1．Microstructureofmulti-[7]L