高熱導(dǎo)率C-SiC復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、C/SiC復(fù)合材料不僅具有低密度、低熱膨脹系數(shù)、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率，還具有較高的高溫抗氧化性能，在高超聲速飛行器、導(dǎo)彈鼻錐、衛(wèi)星熱防護(hù)系統(tǒng)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著宇航科技的快速發(fā)展，這些領(lǐng)域?qū)ζ鋵?dǎo)熱性能也提出來(lái)越來(lái)越高的要求。本文將首次應(yīng)用一種新型的高導(dǎo)熱炭材料—石墨膜為導(dǎo)熱增強(qiáng)材料，制備高導(dǎo)熱的C/SiC復(fù)合材料，以滿足這種要求。
　　本文以高導(dǎo)熱石墨膜、中間相瀝青基炭纖維、聚碳硅烷等為原料采用先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制

2、備了高導(dǎo)熱C/SiC復(fù)合材料，通過(guò)對(duì)先驅(qū)體聚碳硅烷的結(jié)構(gòu)及其在高溫裂解過(guò)程中的演變過(guò)程等研究，確定了高導(dǎo)熱C/SiC復(fù)合材料的浸漬、熱模壓、裂解等工藝。采用阿基米德法、三點(diǎn)彎曲法分別計(jì)算、測(cè)量了復(fù)合材料的密度和彎曲強(qiáng)度，利用XRD、SEM對(duì)復(fù)合材料的物料組成、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析，同時(shí)通過(guò)四探針電阻率測(cè)試儀、激光導(dǎo)熱儀對(duì)復(fù)合材料的電阻率、熱傳導(dǎo)率進(jìn)行了表征分析，同時(shí)探究了浸漬-裂解周期、裂解溫度、纖維含量對(duì)高導(dǎo)熱C/SiC復(fù)合材料各項(xiàng)

3、性能的影響。研究結(jié)果表明:
　　1)隨著浸漬-裂解周期的增加，復(fù)合材料內(nèi)的孔隙逐漸被填充、微裂紋等缺陷慢慢減少，使得復(fù)合材料的密度與彎曲強(qiáng)度提高，且復(fù)合材料密度和彎曲強(qiáng)度前期增長(zhǎng)較快，后期增長(zhǎng)比較慢。
　　2)提高裂解溫度可使無(wú)定型的基體SiC慢慢消失，從而提高SiC的結(jié)晶程度，優(yōu)化與炭材料的界面，提高復(fù)合材料的界面接觸點(diǎn)，從而提高C/SiC復(fù)合材料的密度、彎曲強(qiáng)度，降低其電阻率。
　　3)中間相瀝青基炭纖維的引入增加

4、了與基體的結(jié)合面積，致密程度得到提高，且改善了復(fù)合材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，使得材料的密度提高、彎曲強(qiáng)度提高、電阻率降低。經(jīng)7個(gè)浸漬-裂解周期，1200℃裂解溫度下，添加20wt％中間相瀝青基炭纖維制備出的復(fù)合材料密度、彎曲強(qiáng)度、電阻率分別為1.72g/cm3、20.95MPa和23mΩ·cm;
　　4)增加浸漬-裂解周期使材料的致密程度提高，聲子通過(guò)這種致密、幾乎沒(méi)有明顯的缺陷界面時(shí)具有較高的傳播速度，使得復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)率增加;裂解溫度

5、的提高，提高了SiC的結(jié)晶狀態(tài)，弱化了炭材料與基體碳化硅的界面，使SiC均勻地分布在炭材料周圍，從而使得聲子的平均自由程提高，復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)率增加;纖維的引入改善了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，相比石墨膜先驅(qū)體溶液更易在纖維中浸漬，SiC也更容易在纖維中均勻分布，纖維周圍微裂紋等缺陷較少，聲子在復(fù)合材料內(nèi)部的傳播距離更遠(yuǎn)，所制備的復(fù)合材料熱傳導(dǎo)率也更高。添加20wt％在1200℃經(jīng)7個(gè)浸漬-裂解周期后復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)率為183W·m-1·K-1。<