高熱導率C-SiC復合材料的制備與性能研究.pdf

1、C/SiC復合材料不僅具有低密度、低熱膨脹系數(shù)、高強度、高熱導率，還具有較高的高溫抗氧化性能，在高超聲速飛行器、導彈鼻錐、衛(wèi)星熱防護系統(tǒng)、火箭發(fā)動機噴管等領域有著廣闊的應用前景。隨著宇航科技的快速發(fā)展，這些領域對其導熱性能也提出來越來越高的要求。本文將首次應用一種新型的高導熱炭材料—石墨膜為導熱增強材料，制備高導熱的C/SiC復合材料，以滿足這種要求。
　　本文以高導熱石墨膜、中間相瀝青基炭纖維、聚碳硅烷等為原料采用先驅體轉化法制

2、備了高導熱C/SiC復合材料，通過對先驅體聚碳硅烷的結構及其在高溫裂解過程中的演變過程等研究，確定了高導熱C/SiC復合材料的浸漬、熱模壓、裂解等工藝。采用阿基米德法、三點彎曲法分別計算、測量了復合材料的密度和彎曲強度，利用XRD、SEM對復合材料的物料組成、微觀結構進行表征和分析，同時通過四探針電阻率測試儀、激光導熱儀對復合材料的電阻率、熱傳導率進行了表征分析，同時探究了浸漬-裂解周期、裂解溫度、纖維含量對高導熱C/SiC復合材料各項

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

4、了與基體的結合面積，致密程度得到提高，且改善了復合材料內部的結構，使得材料的密度提高、彎曲強度提高、電阻率降低。經(jīng)7個浸漬-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合材料密度、彎曲強度、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，聲子通過這種致密、幾乎沒有明顯的缺陷界面時具有較高的傳播速度，使得復合材料的熱傳導率增加;裂解溫度

5、的提高，提高了SiC的結晶狀態(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，復合材料的熱傳導率增加;纖維的引入改善了材料的內部結構，相比石墨膜先驅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，聲子在復合材料內部的傳播距離更遠，所制備的復合材料熱傳導率也更高。添加20wt％在1200℃經(jīng)7個浸漬-裂解周期后復合材料的熱傳導率為183W·m-1·K-1。<