GSISiCf-SiC復(fù)合材料界面改性涂層研究.pdf

1、SiCf/SiC復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比模量、好的高溫抗氧化性和耐輻照性能等一系列優(yōu)點，成為航空航天和原子能領(lǐng)域優(yōu)異的候選結(jié)構(gòu)材料之一。實現(xiàn)SiCf/SiC復(fù)合材料的低成本制備是其走向廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一，PIP法結(jié)合RI法是SiCf/SiC復(fù)合材料低成本制備的有效途徑之一。本文開展了GSI工藝制備2.5D SiCf/SiC復(fù)合材料界面涂層改性研究，對SiCf/C中間體的碳含量進(jìn)行了優(yōu)化，探討了單層BN、PyC、SiC界面涂層以及BN/

2、SiC、PyC/SiC雙層界面涂層對SiCf/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響及其作用機(jī)制。
　　研究了SiCf/C中間體裂解碳含量對制備的SiCf/SiC復(fù)合材料組成和力學(xué)性能的影響。對于無界面涂層復(fù)合材料，PIP C5個周期的SiCf/C中間體氣相滲硅制備的復(fù)合材料力學(xué)性能相對較好，其彎曲強(qiáng)度、模量和斷裂韌性分別為106±18.4MPa、55.7±4.6GPa、1.89MPa·m1/2；而對于有界面涂層的中間體，PIP C4個周期

3、的中間體裂解碳含量和孔隙率較為適宜，滲硅后復(fù)合材料力學(xué)性能最好，其彎曲強(qiáng)度、模量、斷裂韌性分別為122.5±12.7MPa、86.5±3.1GPa、2.02MPa·m1/2。
　　研究了BN界面涂層厚度對SiCf/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。隨BN涂層厚度增加，SiCf/SiC復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、彈性模量和斷裂韌性均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。界面涂層厚度約為0.6μm的SiCf/SiC復(fù)合材料的力學(xué)性能相對較好，其彎曲強(qiáng)度、彈性模

4、量、斷裂韌性分別為134.6±15.4MPa、166.7±7.9GPa、3.10MPa·m1/2。BN涂層充當(dāng)了“犧牲層”的角色，一定程度上阻擋了硅對纖維的侵蝕，但卻不能有效發(fā)揮改善界面結(jié)合和調(diào)節(jié)應(yīng)力分布的作用，復(fù)合材料的斷裂韌性無明顯改善。
　　研究了PyC界面涂層厚度對SiCf/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。PyC涂層厚度為1050nm的SiCf/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能相對較好。PyC涂層厚度為730nm的SiCf/SiC復(fù)合

5、材料界面結(jié)合最弱，其斷裂韌性最大，同時其載荷傳遞功能也較弱，其彎曲強(qiáng)度最低。
　　研究了SiC界面涂層厚度對SiCf/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。SiC涂層厚度為720nm的SiCf/SiC復(fù)合材料的力學(xué)性能相對較好，其彎曲強(qiáng)度、模量、斷裂韌性分別為98.9±4.3MPa、76.2±4.1GPa、2.43MPa·m1/2。SiC界面涂層在改善復(fù)合材料斷裂韌性方面作用不明顯，卻能有效增加復(fù)合材料彈性模量。
　　研究了 BN/

6、SiC和 PyC/SiC雙層界面涂層對 SiCf/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。BN/SiC涂層能夠較好發(fā)揮載荷傳遞和保護(hù)纖維不受硅損傷的功能，PyC/SiC涂層則能夠發(fā)揮弱化纖維-基體界面結(jié)合和傳遞載荷的作用。
　　分析了界面涂層影響SiCf/SiC復(fù)合材料力學(xué)性能的作用機(jī)制。BN涂層的界面改性機(jī)制為：“犧牲層”阻擋硅對纖維的侵蝕、載荷傳遞。PyC涂層的界面改性機(jī)制為：“阻擋層”阻擋硅對纖維的侵蝕、“脫粘層”弱化纖維-基體界面結(jié)