1 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院, 上海 200240
2 西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室, 西安 710072
SiC纤维织物是耐高温陶瓷基复合材料的一种重要增韧材料。本文以平纹SiC纤维织物为研究对象, 开展了单轴拉伸试验和±45°偏轴拉伸试验, 得到了其拉伸和剪切性能; 进行了纱线抽出试验, 得到其经纬纱线间的摩擦系数; 通过X射线CT检测, 得到其细观结构; 利用最小二乘法拟合出经纬纱线的横截面和卷曲形状曲线; 通过建立纱线的简支梁模型, 计算出剪切变形中经纬纱线摩擦力矩, 预测了平纹SiC纤维织物的剪切应力-应变曲线。剪切变形过程分为纯剪和纱线挤压阶段, 两个阶段的交界点为织物的锁紧角。研究结果对设计和制备平纹SiC纤维织物预制体具有参考价值。
拉伸试验 剪切性能 SiC纤维 锁紧角 平纹织物 纱线抽出 tensile test shear property SiC fiber locking angle plain weave yarn extraction
国防科技大学 空天科学学院, 新型陶瓷纤维与及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
高结晶近化学计量比SA型SiC纤维以其优异的耐温性, 在新一代航空发动机和高超声速飞行器等领域得到广泛应用。对比国产第二代SiC纤维(F-II), 本工作研究了第三代SA型SiC纤维(F-III)高温热处理前后的微观结构演变和拉伸强度及断裂行为。结果表明, F-III纤维主要由β-SiC晶粒(~200 nm)和少量游离碳组成, F-II纤维则由β-SiC晶粒(~5 nm)、游离碳和SiCxOy无定形相组成。与F-II纤维相比, F-III纤维具有更大的晶粒尺寸与孔隙, 室温下的拉伸强度较低。但经1800 ℃热处理后, F-III纤维结构和强度基本保持不变, 而F-II纤维由于发生了SiCxOy相的分解和晶粒长大, 强度明显降低。SA型SiC纤维的耐高温性能优异, 可归因于纤维组成结构上的高结晶、大晶粒和低碳氧含量。
SiC纤维 高温热处理 微观结构 拉伸强度 SiC fibers heat treatment microstructure tensile strength
1 1.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 先进能源材料工程实验室, 宁波 315201
2 2.中国科学技术大学 纳米科学技术学院, 苏州 215123
3 3.北京化工大学 机电工程学院, 北京 100029
在基于先驱体聚碳硅烷转化制备SiC陶瓷纤维过程中, 交联过程是保持纤维形貌和提高陶瓷产率的必要条件。本研究以含丙烯酸酯基的聚碳硅烷(A-PCS)为原料, 通过引入自由基热引发剂在热解升温过程中实现原料的交联成型。采用红外光谱仪(FT-IR)和差示扫描量热仪(DSC)研究了引发剂含量对A-PCS交联程度、交联速率以及热降解速率的影响规律; 采用热失重(TG)、元素分析仪和X射线衍射仪(XRD)分析了陶瓷产率、陶瓷产物组成以及无定形态随温度的变化。研究结果表明: 加入自由基热引发剂可提高A-PCS中的丙烯酸酯基的交联速率, 减少交联阶段的热失重; 将质量百分比为1%自由基热引发剂的A-PCS以5 ℃/min升至250 ℃时, 丙烯酸酯基反应完全, 1500 ℃的陶瓷产率为69.5%; 通过静电纺丝加工工艺可获得直径介于2~5 μm的A-PCS原丝, 并通过后续升温热解转化为SiC纤维; 所得SiC纤维形貌规整、无熔并现象, 且随着热解温度的升高从无定形态向结晶形态转变。
活性聚碳硅烷 静电纺丝 快速热交联 SiC纤维 active polycarbosilane electrostatic spinning rapid thermal crosslinking SiC fiber
1 西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室
2 西北工业大学 西北工业大学-斯洛伐克科学院联合研究中心
3 西北工业大学 航空学院, 西安 710072
研究了采用化学气相渗透工艺制备2D-SiCf/SiC复合材料的真空蠕变性能, 蠕变温度为 1200、1300和1400 ℃, 应力水平范围为100~140 MPa。用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(TEM)分别观察分析了2D-SiCf/SiC复合材料的蠕变断口形貌和微观结构。结果表明, 2D-SiCf/SiC复合材料的主要蠕变损伤模式包括基体开裂、界面脱粘和纤维蠕变。桥接裂纹的纤维发生蠕变并促进了基体裂纹的张开、位移增大, 进一步导致复合材料蠕变断裂, 在复合材料蠕变过程中起决定性作用。2D-SiCf/SiC复合材料的蠕变性能与SiC纤维微观结构的稳定性密切相关。在1200 ℃/100 MPa时, 纤维晶粒没有长大, 复合材料的蠕变断裂时间大于200 h; 蠕变温度为1400 ℃时, 纤维晶粒明显长大, 2D-SiCf/SiC复合材料蠕变断裂时间缩短至8.6 h, 稳态蠕变速率增大了三个数量级。
2D-SiCf/SiC复合材料 蠕变性能 蠕变损伤 SiC纤维 2D-SiCf/SiC composite creep properties creep damage SiC fiber
国防科技大学 新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
第三代SiC纤维具有近化学计量比的元素组成和高结晶致密的特性, 与第一、第二代SiC纤维相比, 在耐高温、抗氧化、抗蠕变及抗辐射等性能上均有明显的提升, 因此在工程应用上尤其在核能领域拥有更明显的优势和更广阔的前景。本文对第三代SiC纤维的制备工艺、性能特点进行了介绍和比较, 综述了第三代SiC纤维在核能领域的应用, 并对其发展前景进行了展望。
SiC纤维 第三代 核能应用 综述 SiC fibers third generation nuclear application review
西北工业大学凝固技术国家重点实验室， 陕西 西安710072
采用激光拉曼光谱对单根CVD-SiC纤维进行了研究， 并与SiCf/Ti-6Al-4V复合材料中SiC纤维的拉曼光谱进行对比分析。 发现SiC纤维的第一沉积层的TO峰峰形尖锐， 表明SiC晶粒较大， 第二沉积层的晶粒较小， 在二个沉积层中分别检测到碳和硅的拉曼峰。 在复合材料中， SiC纤维的TO峰向高波数偏移， 表明复合材料在制备过程中， 因SiC与基体钛合金的热膨胀系数不同而使纤维受到热残余压应力的作用。 通过计算得到复合材料中纤维的热残余应力平均值为318 MPa， 第一沉积层所受平均应力为436MPa， 远高于第二沉积层。
SiC纤维 钛基复合材料 拉曼光谱 热残余应力 SiC fiber Titanium matrix composite Raman spectra Thermal residual stress 光谱学与光谱分析
2011, 31(11): 2956
