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针刺C/C-SiC-HfC(HfB2)复合材料的制备及性能研究

更新于:2017-10-31   来源:学位管理与研究生教育处(省政府学位委员会办公室)   点击:295次

本课题主要进行了C/C坯体密度与超高温陶瓷相HfC(HfB2)对针刺C/C-SiC-HfC(HfB2)复合材料致密化程度、力学性能和烧蚀性能的影响,获得主要成果如下:
      (1)由于CVI工艺主要在纤维与纤维之间的小孔隙沉积C基体,PIP工艺主要填充纤维束与纤维束之间的大孔隙,而低密度C/C坯体大孔隙较多,导致PIP工艺填充超高温陶瓷基体较多,所以针刺C/C-SiC-HfC(HfB2)复合材料的平均密度随着C/C坯体密度增大而减小;
      (2)与HfB2陶瓷先驱体相比,HfC陶瓷先驱体粘度较低,更有利于树脂进入到材料内部,树脂浸渍较为均匀分散,得到的C/C-SiC-HfC复合材料密度较C/C-SiC-HfB2复合材料和C/C-SiC-HfC-HfB2复合材料高;
      (3)通过比较材料的力学性能(拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、压缩强度)发现,针刺C/C-SiC-HfC复合材料和针刺C/C-SiC-HfC-HfB2复合材料的综合力学性能基本相当,针刺C/C-SiC-HfB2复合材料的综合力学性能相对较差;
      (4)同三维针刺C/C-SiC复合材料相比,密度为2.0g/cm3的针刺C/C-SiC-HfC-HfB2复合材料的氧乙炔线烧蚀率和质量烧蚀率分别降低了32%和30%;
      (5)针刺C/C-SiC-HfC(HfB2)复合材料在氧-乙炔烧蚀过程中主要表现为两种烧蚀,即热化学烧蚀和热物理烧蚀。
      本研究的创新点主要有:
      (1)C基体采用CVI工艺致密,有利于提高后续陶瓷基体的PIP工艺致密化效率,发挥“CVI+PIP”的优势,有效缩短C/C-SiC-HfC(HfB2) 复合材料的制备周期;
      (2)国内外对于Hf系陶瓷改性C/C复合材料的研究报道较少,本研究采用新型Hf系陶瓷先驱体改性C/C复合材料,提高材料的抗氧化抗烧蚀性能。

本研究的实践意义:
      超高温陶瓷相的引入方式大多采用添加陶瓷粉体的方式,但该方法具有基体分布不均的缺点。随着有机先驱体的研究发展,本课题选用HfC(HfB2)有机先驱体通过PIP工艺引入到C/C复合材料坯体中,陶瓷基体致密且均匀分布。本课题研究C/C坯体密度和陶瓷种类对C/C-SiC-HfC(HfB2) 复合材料性能的影响规律,具有一定的理论意义和工程实用价值。

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