CFRP界面強(qiáng)度對C-C-SiC復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、C/C-SiC復(fù)合材料具有優(yōu)異的高溫?zé)峄瘜W(xué)穩(wěn)定性和苛刻環(huán)境極強(qiáng)的適應(yīng)性等特點，使得其在航天飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)、航空發(fā)動機(jī)以及火箭發(fā)動機(jī)的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)部件上擁有巨大的應(yīng)用潛力。由于該類材料的性能在很大程度上依賴于其微結(jié)構(gòu)特征和基體中陶瓷含量，而研究發(fā)現(xiàn)制備過程中CFRP素胚體的界面性能對C/C-SiC的微結(jié)構(gòu)和性能有顯著影響。因此，本文研究了CFRP素坯體中纖維/基體界面強(qiáng)度對C/C-SiC復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)和性能的影響。制備工藝采用樹脂裂解與

2、硅熔滲原位反應(yīng)法。主要研究內(nèi)容歸納如下:
　　(1)采用熱處理改變纖維表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而調(diào)整CFRP中纖維/基體界面強(qiáng)度;分析了不同熱處理溫度下纖維熱失重、纖維表面官能團(tuán)以及纖維力學(xué)性能變化情況，并采用宏觀力學(xué)（短梁剪切測試:Short-Beam Shear Test）和微觀力學(xué)測試(單纖維壓出實驗:Single Fiber Push-out Test)方法對CFRP界面性能進(jìn)行了表征分析;研究表明兩種測試方法獲得界面強(qiáng)度雖然不同

3、，但均能有效表征纖維/基體界面強(qiáng)度，測量差異主要是由于加載方式和失效方式不同引起;高溫?zé)崽幚?1500℃)對纖維力學(xué)性能沒有明顯的影響，但能夠有效改變CFRP中纖維/基體界面結(jié)合強(qiáng)度。
　　(2)試驗研究了具有不同界面強(qiáng)度的CFRP在高溫裂解后形成C/C預(yù)制體的微觀形貌和微結(jié)構(gòu)特征;通過比較分析發(fā)現(xiàn)，CFRP界面強(qiáng)度對C/C預(yù)制體中微孔/微裂紋產(chǎn)生有著顯著的影響，不同的C/C預(yù)制體微結(jié)構(gòu)在液硅熔滲反應(yīng)后將會形成不同微結(jié)構(gòu)特征和不同

4、陶瓷含量的C/C-SiC復(fù)合材料。
　　(3)在washburn模型的基礎(chǔ)上，建立了適合熔融Si滲入多孔 C/C預(yù)制體反應(yīng)熔滲動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型，并綜合考慮熔滲溫度對熔融Si性能:密度、擴(kuò)散系數(shù)、粘度、表面張力的影響，進(jìn)而導(dǎo)出熔滲溫度、時間對熔滲高度、反應(yīng)速率、毛細(xì)孔半徑、SiC層厚度的影響，這部分研究結(jié)果為熔熔滲反應(yīng)過程的工藝參數(shù)優(yōu)化與調(diào)控提供了一定的理論依據(jù)。
　　(4)利用不同界面強(qiáng)度CFRP獲得的C/C預(yù)制體，采用液硅