姚西媛, 李克智, 任俊杰, 张守阳

混合前驱体制备高织构三维C/C复合材料的微观结构及疲劳行为

姚西媛, 李克智, 任俊杰, 张守阳

(西北工业大学 材料学院, 西安 710072)

以乙醇和甲烷为前驱体, 采用化学气相渗透工艺制备了三维五向编织C/C复合材料。利用偏光显微技术分析了复合材料的微观结构, 考察了复合材料的静态弯曲性能和疲劳行为, 研究了不同循环加载周期对复合材料弯曲强度和力学行为的影响。结果表明: 采用混合前驱体可成功制备高织构3D C/C复合材料, 材料的平均弯曲强度为379.2 MPa, 其疲劳极限为静态弯曲载荷的80.3%。加载循环应力后, C/C复合材料的弯曲强度在不同周次均有所提升, 循环105周后弯曲强度的增幅达16.8%。材料弯曲承载时的“屈服区”随着循环次数的增加出现先增大后减小的变化趋势, 这与材料疲劳过程中纤维与基体、基体与基体的结合状态有关。

C/C复合材料; 高织构; 疲劳行为

C/C复合材料因其低密度、高导热、优异的摩擦磨损性能及抗烧蚀性能而被广泛用于航空航天等军事领域[1-5], 特别是近年来, 随着高超声速飞行器的试验验证[6-7], 对国防安全提出了更高的要求, 同时也证明C/C复合材料在超高温结构材料中具有不可替代的地位。

国内外针对高性能C/C复合材料的化学气相渗透(CVI)制备工艺进行了大量的研究, 常采用单一前驱体, 如甲烷、丙烯、丙烷等, 材料的密度较高, 但获得良好性能的高织构(HT)热解炭的工艺条件较难控制[8-9]。随着高性能C/C复合材料的不断发展, 以控制基体热解炭织构为目的的高水平制备工艺成为C/C复合材料的重要研究方向。……