三種界面C-Si-C-N材料的制備和典型性能研究.pdf

1、本文以T300碳纖維編織體為增強(qiáng)體，為陶瓷基體選用了一種廉價、無毒的先驅(qū)體，利用等壓熱梯度CVI法和先驅(qū)體浸漬裂解法(PIP)法制備了三種界面的C/Si-C-N 復(fù)合材料。其中，Si-C-N基體和PyC界面分別以六甲基二硅氮烷(HMDS)和環(huán)己烷為先驅(qū)體用等壓熱梯度 CVI 法制備，莫來石(Mullite)和Si-O-C 界面分別以仲丁醇鋁(ASB)和正硅酸乙酯(TEOS)的混合溶液和二甲基硅油為先驅(qū)體用PIP法制備。對基體的成分和結(jié)構(gòu)

2、，三種復(fù)合材料的界面、顯微組織、抗彎性能和熱物理性能進(jìn)行了研究。取得以下主要結(jié)果： 基體化學(xué)成分為Si、C、N和 O 元素，它是一種非晶態(tài)結(jié)構(gòu)?；w經(jīng)過1500℃熱處理1小時后，析出了β-SIC和SiCN；經(jīng)過1800℃熱處理2小時后，還析出了α-SiC、β-Si<,3>N<,4>和α-Si<,3>N<,4>。 ASB和TEOS的混合溶液在室溫放置后，交聯(lián)形成凝膠狀物質(zhì)，該物質(zhì)在997．45℃時發(fā)生放熱反應(yīng)，快速

3、生成莫來石。1200℃下熱處理2小時可得到結(jié)晶良好的莫來石，其晶粒尺寸約為35nm。 三種復(fù)合材料纖維之間的孔隙均呈現(xiàn)狹長狀。C/PyC/Si-C-N復(fù)合材料纖維束間的孔隙約為100μm，纖維束內(nèi)的孔隙約為幾個μm，其界面結(jié)合較弱，PyC界面的厚度大約為1.5μm。C/Mullite/Si-C-N和C/Si-O-C/Si-C-N復(fù)合材料的界面結(jié)合都較強(qiáng)，都出現(xiàn)少量間隙。C/Mullite/Si-C-N 復(fù)合材料的莫來石界面厚度

4、分布不均勻，最厚可達(dá)到了1μm三種復(fù)合材料的高溫抗彎強(qiáng)度均大于室溫。C/PyC/Si-C-N 在室溫和1300℃，C/Mudlite/Si-C-N和C/Si-O-C/Si-C-N在1600℃，其彎曲應(yīng)力-應(yīng)變(或應(yīng)力-位移)曲線均表現(xiàn)鋸齒形上升特征，表現(xiàn)出假塑性的特征。C/Mullite/Si-C-N和C/Si-O-C/Si-C-N 的彎曲偽塑性均從室溫、1300℃和1600℃逐漸增大。在本文測試溫度下，C/PyC/Si-C-N 和 C

5、/Si-O-C/Si-C-N 的彎曲模量基本不變，C/Mudlite/Si-C-N 在1600℃的彎曲模量則明顯下降。C/Mullite/Si-C-N 和C/Si-O-C/Si-C-N 在1600℃下均為混合型斷裂，室溫和1300℃下則都表現(xiàn)為非積聚型斷裂。 三種復(fù)合材料在較低溫度范圍內(nèi)均出現(xiàn)了負(fù)膨脹，瞬態(tài)熱膨脹系數(shù)隨著溫度的升高而上升，最后分別在不同的溫度下急劇下降，并再次降低為負(fù)值。 C/Mullite/Si-