熔融渗硅法制备cc-sic复合材料工艺参数研究

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1、熔融渗硅法制备Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ复合材料工艺参数研究／张波等·３８９·熔融渗硅法制备Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ复合材料工艺参数研究＊张波１，李瑞珍１，２，解惠贞１，２（１西安航天复合材料研究所，西安７１００２５；２高性能碳纤维制造及应用国家地方联合工程研究中心，西安７１００８９）摘要以针刺网胎无纬布为预制体，采用化学气相沉积（ＣＶＤ）和树脂浸渍／炭化（ＩＣ）制成不同密度的炭／炭（Ｃ／Ｃ）多孔体，然后在温度为１６５０℃、１８００℃时进行熔融渗硅（ＬＳＩ）制备Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ复合材料。采用金相显微镜观察材料渗硅前后形貌，并结合熔融渗硅机理进行分析；研究多孔

2、体密度、反应温度等因素对熔渗效果的影响。结果表明，低密度的Ｃ／Ｃ多孔体开孔率高，比表面积大，液态Ｓｉ易于渗入，生成更多ＳｉＣ，致密效率高；１８００℃时进行熔融渗硅效果更好，所得材料的弯曲强度最高可达２２５ＭＰａ。关键词Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ复合材料熔融渗硅Ｃ／Ｃ多孔体反应温度中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＰａｒａｍｅｔｅｒｏｆＬｉｑｕｉｄＳｉｌｉｃｏｎｉｎＦｉｌｔｒａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＣ／Ｃ－ＳｉＣＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ１，ＬＩＲｕｉｚｈｅｎ１，２，ＸＩＥＨｕｉｚｈｅｎ１，２ＺＨＡＮＧＢｏ（１Ｘｉ’ａｎ

3、ＡｅｒｏｓｐａｃｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’ａｎ７１００２５；２ＮａｔｉｏｎａｌａｎｄＬｏｃａｌＵｎｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＨｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ７１００８９）ＡｂｓｔｒａｃｔＰｏｒｏｕｓＣ／Ｃｐｒｅｆｏｒｍｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｉｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）ａｎｄｄｉｆｆｅｒｅ

4、ｎｔｐｅｒｉｏｄｓｏｆｒｅｓｉｎｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ／ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ（ＩＣ），ａｎｄｔｈｅｎｌｉｑｕｉｄｓｉｌｉｃｏｎｗａｓｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄｉｎｔｏｉｔａｔ１６５０℃ａｎｄ１８００℃，ｐｒｏｄｕｃｉｎｇａＣ／Ｃ－ＳｉＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．ＴｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｐｏｒｏｕｓＣ／ＣｐｒｅｆｏｒｍａｎｄＣ／Ｃ－ＳｉＣｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ａｎｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＬＳＩ．Ｔｈｅｐｏｒｏｕｓｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙ

5、，ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｏｎｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｐｏｒｏｕｓＣ／Ｃｐｒｅｆｏｒｍｗｉｔｈｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ，ｈｉｇｈｏｐｅｎｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｔｏｓｉｌｉｃｏｎｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｗａｓｍｏｒｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄｓｉｌｉｃｏｎ，ｌｅａｄｉｎｇｔｏｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｏｒｅＳｉＣ，ｔｈｅｎｇｏｔｈｉ

6、ｇｈｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｅｎｓｅ．Ｔｈｅｍｏｌｔｅｎｓｉｌｉｃｏｎｗａｓｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄｉｎｔｏｆｌｅｘｕｒａｌｓａｍｐｌｅａｔ１８００℃，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｏｂｔａｉｎｂｅｔｔｅｒｅｆｆｅｃｔａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｃｏｕｌｄｒｅａｃｈ２２５ＭＰａ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＣ／Ｃ－ＳｉＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｌｉｑｕｉｄｓｉｌｉｃｏｎｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｐｏｒｏｕｓＣ／Ｃｐｒｅｆｏｒｍ，ｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣ／Ｃ－ＳｉＣ的制备工艺主要有３种：

7、化学气相渗透（ＣＶＩ）０引言工艺、前驱体浸渍热解（ＰＩＰ）工艺和熔融渗硅（ＬＳＩ）工艺。相炭／炭－碳化硅（Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ）是以炭纤维为增强体，以Ｃ、ＳｉＣ比于ＣＶＩ和ＰＩＰ工艺，ＬＳＩ具有工艺简单、能显著缩短致密为基体的复合材料。作为一种炭／炭（Ｃ／Ｃ）摩擦材料发展而周期，降低生产升本、残余孔隙率低等优点，成为一种具有市来的新型材料，相对于Ｃ／Ｃ复合材料而言，最主要区别就在场竞争力的工业生产技术［８］。采用ＬＳＩ法制备Ｃ／Ｃ－ＳｉＣ复于采用抗氧化性能优异、硬度高的ＳｉＣ取代了Ｃ／Ｃ复合材料合材料时，Ｃ／Ｃ多孔体制备工艺及密度、孔隙大小

8、及分布、基中的部分Ｃ基体，从而在保证Ｃ／Ｃ复合材料力学性能基础上体炭类型、反应熔渗的工艺（时间、温度、压力等）等诸多因素对渗硅效果都有影响［９，１０］。本工作以此为背景，重点研究Ｃ／显著改变了抗氧化性能。因此Ｃ／Ｃ－Ｓｉ