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C/C-SiC复合材料的组合工艺制备及基体改性研究进展

2021-06-03姚熹闫联生李崇俊王坤杰王玲玲

炭素 2021年1期
关键词:碳纤维改性复合材料

姚熹,闫联生,李崇俊,王坤杰,王玲玲

(西安航天复合材料研究所,西安 710025)

0 前言

C/C-SiC陶瓷基复合材料是近年来研究较为广泛的一种新型高温热结构材料,综合了碳纤维优越的力学性能和陶瓷基体良好的热/化学稳定性,具有低密度、低热膨胀系数、高比强度、高韧性以及优异的耐烧蚀和抗氧化性能,可广泛应用于航空航天(喷管、鼻锥、发动机燃烧室等)、先进制动系统、空间光学系统、热防护系统等领域[1-5]。

目前,制备C/C-SiC陶瓷基复合材料的单一工艺方法有:化学气相渗透法(CVI法)、先驱体浸渍裂解法(PIP法)、反应熔渗法(LSI法/RMI法)、温差原位反应法、热压烧结法、溶胶凝胶法等[6-12]。其中,CVI法、PIP法和LSI法是最常用并且已投入工业化生产的三种方法,这三种方法各自均具有优点,也都存在着局限性和不足之处,表1所示为CVI法、PIP法和LSI法制备C/C-SiC陶瓷基复合材料的优缺点比较[13-15]。为了充分利用每种工艺的长处,弥补其不足之处,国内外研究人员普遍采用将几种工艺相结合(即组合工艺)的方式来制备碳纤维增强陶瓷基复合材料,本文将对C/C-SiC陶瓷基复合材料的组合工艺制备方法以及基体改性研究做一概述。

表1 不同工艺制备C/C-SiC复合材料的优缺点Table 1 Advantages and disadvantages of C/C-SiC composites prepared by different methods

1 C/C-SiC陶瓷基复合材料的组合工艺制备方法

1.1 “CVI+PIP”组合工艺

采用CVI法制备C/C-SiC复合材料,先制备出碳纤维预制体作为复合材料的增强相,再采用C-SiC共沉积或C-SiC分步沉积的方式得到C/C-SiC复合材料,其中甲烷(CH4)或丙烯(C3H6)常被用作C基体的碳源,而三氯甲基硅烷(MTS)或四氯硅烷(SiCl4)常被用作SiC基体的气源。……

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