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界面层对CVI-mini SiCf/SiC复合材料力学性能的影响

2021-07-08赵文青吕晓旭朱时珍

材料工程 2021年7期
关键词:复合材料界面

赵文青,齐 哲,吕晓旭,焦 健,马 壮,朱时珍

(1 北京理工大学 材料学院,北京 100081;2 冲击环境材料技术国家级重点实验室,北京 100081;3 中国航发北京航空材料研究院 表面工程所,北京 100095;4 中国航发北京航空材料研究院 先进复合材料国防科技重点实验室,北京 100095)

连续碳化硅纤维增强的碳化硅基(SiCf/SiC)复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐高温、抗氧化、抗蠕变等优异性能,在航空、航天和核工业等领域具有非常广泛的应用前景[1-3]。SiCf/SiC复合材料由SiC基体、SiC纤维增强体和界面层三部分组成,基体是材料的主体,增强体承担部分载荷并增强材料的韧性,界面层则起到传递载荷、保护增强体和调节增强体与基体之间的结合强度的作用,对复合材料的力学性能有着决定性的影响[4-8]。制备界面层的方法有化学气相渗透(CVI)法、先驱体浸渍裂解(PIP)法、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法和原位生长法等[9-11]。CVI法在低压和相对较低的温度下制备界面层,对纤维的损伤较小[12-15];同时可以通过控制反应温度、反应压力、进气量和气体滞留时间等精确调节界面层的厚度,沉积从几十纳米到几微米不等厚度的界面层;通过交替通入不同种类的先驱体并改变温度和压力等其他沉积条件,在同一炉次中实现复合界面层的沉积。

热解炭(PyC)和氮化硼(BN)界面层均为层状结构,可以显著提高陶瓷基复材的力学性能[16-18]。Yang等[19]制备了具有单一PyC或BN界面层的SiCf/SiC复合材料,力学实验的结果显示,单层PyC界面层的SiC纤维具有比原始纤维更大的单丝拉伸强度,其SiCf/SiC复合材料表现出最佳的力学性能。……

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