碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料的制備及微觀組織結構研究.pdf

1、碳纖維增強超高溫陶瓷基復合材料具有高比強度、高比模量以及高韌性等特性，作為新型飛行器熱結構部件的候選材料而受到人們的廣泛關注。本文基于工藝簡單、成形快速的反應熔滲技術，以帶有沉積炭的碳纖維針刺預制體為增強體，經B4C粉末懸浮液的壓力浸滲及樹脂的浸滲、固化和炭化，制備出低密度熔滲預制體;以Si和Zr原子比為9∶1(9Si-Zr)及1∶9(Si-9Zr)的兩種混合粉末為熔滲原料，分別制備了SiC含量較高的SiC-ZrB2基和SiC含量較低的

2、SiC-ZrC-ZrB2基復合材料;利用X射線衍射和電子顯微鏡表征復合材料的相組成和微觀組織，提出基體相的形成機理，并進行力學性能測試。
　　論文主要結論如下:
　　(1)B4C粉末分散性能研究表明，以去離子水為分散介質，B4C粉末與介質質量比為1∶2，選用質量分數(shù)2.5％的聚乙二醇和質量分數(shù)2.0％的聚乙烯亞胺為分散劑，經3小時球磨分散后可獲得較為穩(wěn)定的B4C粉末懸浮液。碳纖維針刺預制體經過B4C粉末懸浮液的壓力浸滲、樹脂

3、浸滲、固化和炭化后可獲得適合后續(xù)工藝的低密度熔滲預制體。
　　(2)經9Si-Zr粉末熔滲后得到復合材料的基體主要由ZrB2和SiC組成，同時生成金屬間化合物ZrSi2，還有少量殘余Si、B4C和C。基體區(qū)域中ZrB2和SiC呈現(xiàn)相互夾雜分布的特點。本文推測其形成機理為:反應初期先熔化的Si與熱解炭反應生成SiC，隨著溫度上升，剩余的Si溶解于Zr中形成的熔體與B4C進一步反應生成ZrB2和SiC;部分區(qū)域由于反應物Si過量導致有

4、殘余Si的出現(xiàn);ZrSi2則是由于在共晶反應階段生成，并隨冷卻過程殘余下來。
　　(3)經Si-9Zr粉末熔滲后得到復合材料的基體組成為ZrB2、ZrC和SiC，還有少量的B4C和熱解炭?；w區(qū)域中存在大量的ZrB2和ZrC，且有部分ZrC和SiC相互夾雜，部分區(qū)域存在ZrB2和ZrC燒結現(xiàn)象。本文推測其形成機理為:反應初期由于先熔化的Si中溶解部分的Zr，在早期生成的SiC中夾雜有ZrC，而反應后期由于Zr熔體中溶解少量的Si，