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《西北工业大学》 2007年
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C/C-SiC复合材料的性能研究

谢乔  
【摘要】:C/C-SiC复合材料,即碳纤维增强碳-碳化硅双基体陶瓷基复合材料,具有密度低、抗氧化性好、耐腐蚀、良好的摩擦磨损性能等优点,是一种能满足高温使用的新型高温结构材料和功能材料。本文采用化学气相渗透的方法制备了一系列C/C-SiC复合材料,研究了不同预制体密度、孔隙率、SiC含量、环境等对复合材料的力学性能、热学性能、摩擦性能的影响,同时对不同材料的抗氧化性能也进行了简要的分析。得到的主要的结论如下: 采用化学气相渗透法可以制备较好性能的C/C-SiC复合材料。在试验中对不同预制体密度的C/C复合材料经多次化学气相渗透后,可以得到具有不同SiC含量和孔隙率的试样。随着预制体密度增大,材料最终孔隙率减小,当预制体密度为1.51g/cm3左右时,材料可以近似认为完全致密。SiC含量也随着预制体初始密度的增加而减少。 材料的孔隙率和SiC含量共同决定了其力学性能,在较低密度下,SiC含量在试样中不能起到骨架作用,因而试样力学性能较差,而在较高密度下,SiC含量偏低又不能起到增强增韧的作用导致力学性能也较差。预制体密度在1.21g/cm3左右时综合力学性能最好。 材料的致密度越大,则其孔隙率越小,导热系数越大。制得的材料的导热系数和热扩散率随SiC含量的增大而减小。在材料的纤维体积分数相同的条件下,基体中碳的含量越大,热导率越高。 试样热膨胀系数的变化是孔隙率和碳化硅含量共同作用的结果,在较高致密度情况下,随着碳化硅含量的增加,试样在相同温度的热膨胀系数有明显增加,这可能是碳化硅含量的影响起了主要作用。而在较低致密度情况下,孔隙率对材料热膨胀系数的影响占据了主要作用,因此试样的热膨胀系数较低。 在摩擦测试中,SiC作为硬质相是制动压力的主要承载支点,适当提高SiC含量能有效分散制动压力,避免微区压力集中造成SiC颗粒脱落和划伤对偶件。产生的微切削越多,相应摩擦系数也越高,但当SiC质量百分比大于40%时,SiC颗粒在摩擦过程中更多起到自润滑作用,降低了材料的摩擦系数。在湿态环境下,C/C-SiC复合材料的摩擦系数比干态下低,但随着压力的增大,这种差异减小。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB332

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