基體密度對(duì)MoSi2-RSiC復(fù)合材料組成、微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、以再結(jié)晶碳化硅(RSiC)為基體，利用其特殊的三維連通孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)MoSi2高溫熔滲法來(lái)制備具有三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MoSi2-RSiC復(fù)合材料，可將 RSiC優(yōu)異的高溫力學(xué)、抗蠕變、導(dǎo)熱等性能與 MoSi2優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和高溫抗氧化能力有機(jī)結(jié)合起來(lái)，該類材料預(yù)期在航空航天用高溫結(jié)構(gòu)材料和工業(yè)用高溫?zé)嵩床牧项I(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。前期的研究表明，RSiC基體的密度對(duì)復(fù)合材料的組成、微觀結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響。為此，本論文首先研究了密度

2、對(duì)RSiC基體微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能的影響，并探討了相關(guān)的電熱傳輸機(jī)理；在此基礎(chǔ)上，以不同密度的RSiC為基體，分別采用MoSi2直接熔滲工藝(MI)、聚碳硅烷(PCS)浸漬-裂解(PIP)-MoSi2高溫熔滲復(fù)合工藝、酚醛樹脂(PF)浸漬-裂解(PIP)-MoSi2高溫熔滲復(fù)合工藝，PF-PIP-MoSi2-Si-Ti合金活化熔滲(AAMI)復(fù)合工藝來(lái)制備 MoSi2-RSiC復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了基體密度對(duì)復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)

3、、力學(xué)性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴隨基體密度增加，RSiC氣孔率和平均孔徑尺寸下降，室溫抗彎強(qiáng)度和彈性模量增加，密度為2.6 g?cm-3的RSiC抗彎強(qiáng)度和彈性模量分別為95.1 MPa和84.2 GPa，其斷裂方式為脆性斷裂；隨著 RSiC密度的增加，其熱膨脹系數(shù)略有增加，導(dǎo)熱系數(shù)增加，體積電阻率下降；隨測(cè)量溫度增加，其導(dǎo)熱系數(shù)減小，密度2.6 g?cm-3的RSiC導(dǎo)熱系數(shù)從室溫的的173.7 W

4、/(m·K)-1下降到1300℃的22.2 W/(m·K)-1，室溫體積電阻率為4.8Ω·cm；⑵利用直接熔滲工藝于2050℃條件下，保溫60min制備了具有三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MoSi2-RSiC復(fù)合材料，復(fù)合材料的主要組成為 SiC和MoSi2，且含有少量的Mo5Si3和Mo4.8Si3C0.6；隨基體密度增加，復(fù)合材料的氣孔率下降，室溫力學(xué)性能和彈性模量的增加，密度2.6gcm-3基體對(duì)應(yīng)復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和彈性模量最高，分別為10

5、8.7MPa和173.2 GPa，材料的斷裂行為呈典型的脆性斷裂；與RSiC基體相比，復(fù)合材料的體積電阻率顯著下降，密度2.6 g?cm-3基體所對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料的體積電阻率為60.9 mΩ·cm。拓?fù)浞ㄋ秒娮杪蕯?shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)值接近，變化趨勢(shì)一致。⑶以RSiC為基體，采用PCS-PIP-MI復(fù)合工藝、PF-PIP-MI復(fù)合工藝等制得具有三維互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MoSi2-RSiC復(fù)合材料，復(fù)合材料的主要組成為 MoSi2與 SiC，以及少量的Mo

6、5Si3和Mo4.8Si3C0.6相；與直接熔滲法相比，這兩種工藝所得復(fù)合材料的界面結(jié)合性得到明顯改善，力學(xué)性能提高較顯著。密度為2.3 g?cm-3的基體，采用PF-PIP-高溫熔滲復(fù)合工藝所得復(fù)合材料的室溫抗彎強(qiáng)度和彈性模量分別為127.1 MPa和128.9 GPa；與基體相比，復(fù)合材料的體積電阻率顯著降低，隨基體密度的增加，復(fù)合材料的體積電阻率增加。密度為2.30 g?cm-3的基體，采用PCS-PIP-高溫熔滲復(fù)合工藝時(shí)，復(fù)合