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近零膨胀C/C-SiC复合材料的反应烧结法制备及性能研究
 
     论文目录
 
【摘要】:C/C-Si C复合材料以其轻质高强、热膨胀性能优异、耐空间复杂环境等优点成为新一代空间光学相机结构件的理想候选材料。光机结构材料的热膨胀性能关系着光机结构件的尺寸稳定性和空间相机的精确度,这就使得热膨胀系数成为该类结构材料的关键性能指标之一。本文以新一代空间相机对低膨胀支撑结构件的迫切需求为研究背景,开展了以针刺碳纤维毡为增强体、CVI C涂层为界面改性相、反应烧结Si C为基体的近零膨胀C/C-Si C复合材料的制备和性能研究,优化了反应烧结的核心工艺参数,筛选了基体碳源,重点研究了CVI C界面改性相、碳纤维体积含量对复合材料热膨胀性能和力学性能的影响机制,并且获得了综合性能优异的近零膨胀C/C-Si C复合材料。探究了反应烧结温度、素坯高温热处理温度两关键工艺参数对复合材料性能的影响规律,较好的反应烧结温度和素坯高温热处理温度依次为1650℃和2000℃,在此条件下制备的C/C-Si C复合材料的平面方向室温热膨胀系数为-0.055×10-6·K-1、弯曲强度为218 MPa、断裂韧性为8.93 MPa·m1/2。对比研究了化学气相渗透碳、沥青裂解碳、酚醛裂解碳三种不同碳基体对C/C-Si C复合材料制备的影响,沥青裂解碳反应活性较高、制备的复合材料具有较好的致密度(孔隙率5%),适合作为基体碳源。探讨了CVI C界面改性相对C/C-Si C复合材料性能的调控机制,研究了界面相厚度对复合材料力学和热膨胀性能的影响规律。当CVI C界面相厚度为3μm时所制备的复合材料性能最佳,其室温平面热膨胀系数为0.08×10-6·K-1,弯曲强度为242 MPa、断裂韧性为10.98 MPa·m1/2。揭示了C纤维体积含量对C/C-Si C复合材料性能的影响规律。结果表明在一定范围内增加碳纤维的体积含量能提高复合材料的力学性能和平面方向的热膨胀性能。C纤维体积分数为25%的C/C-Si C复合材料的平面方向室温CTE值为0.08×10-6·K-1,C纤维体积分数为30%的C/C-Si C复合材料的平面方向室温CTE降为-0.05×10-6·K-1,其弯曲强度为268MPa、断裂韧性为11.33 MPa·m1/2。说明可以使纤维体积分数处于某一数值(介于25%~30%之间)时制备出平面内双向零膨胀的C/C-Si C复合材料。
【关键词】:C/C-SiC复合材料 近零膨胀 反应烧结 CVI C界面改性 C/C素坯
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB332
 
论文编号BS2246546,这篇论文共30
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