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SiC_f/SiC复合材料BN界面层制备工艺研究

刘海山  
【摘要】:SiC纤维增强SiC基复合材料在航空航天领域和核领域上都有广泛的应用前景。由于在制备复合材料的过程中,SiC纤维与SiC基体容易形成较强的界面,降低复合材料的性能,因此制备合适的界面层以获得纤维与基体之间的弱界面至关重要。目前,PyC界面层有着较为成熟的制备工艺,但PyC界面层高温抗氧化性较差,而BN界面层高温抗氧化性比PyC更好,能显著提升复合材料的性能。本文研究了CVD法制备BN界面层中,不同沉积温度和不同热处理温度对BN界面层的影响,同时还研究了BN单界面层和(BN/SiC)双界面层对SiC_f/SiC复合材料力学性能、导热性能的影响,主要研究内容及结果如下:1.采用CVD工艺,以三氯化硼(BCl_3)和氨气(NH_3)为原料制备了BN界面层,研究了沉积温度和热处理温度对BN界面层性能的影响,结果表明650℃沉积,无热处理的工艺沉积制备的BN界面层性能较理想。2.对CVD-BN界面层的微观形貌、显微结构和组成进行了研究。结果表明,BN的结晶度会随着热处理温度的提高而提高,但高温热处理会降低SiC纤维的拉伸强度,而BN界面层制备过程对SiC纤维的拉伸强度影响较小。实验结果表明,经过1000℃高温热处理的KD-S SiC纤维拉伸强度由2.60GPa降为1.72GPa,而经过650℃热处理的SiC纤维拉伸强度为2.66GPa。3.用CVD法在SiC纤维表面成功制得了(BN/SiC)双界面层。力学性能检测结果表明(BN/SiC)双界面层对复合材料力学性能的提升比BN单界面层更明显。(BN/SiC)双界面层复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到543.4Mpa和20.4MPa·m~(1/2);而BN单界面层复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为463.5MPa和17.2MPa·m~(1/2)。这是因为双界面层能更好地偏转裂纹并在材料断裂前增加裂纹的扩展路径。


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