浸渍裂解法制备Cf_SiCN复合材料及高温性能研究

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1、硕士学位论文浸渍裂解法制备Cf/SiCN复合材料及高温性能研究PREPARATIONANDHIGHTEMPERATUREPROPERTIESOFCf/SiCNCOMPOSITEPREPAREDBYPIPPROCESS侯祎伟哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：666.3密级：公开工程硕士学位论文浸渍裂解法制备Cf/SiCN复合材料及高温性能研究硕士研究生：侯祎伟导师：贾德昌教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TB332U.D.C:666.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDHIGHTEMPERATUREPROPERTIESOFCf/SiCNCOMPOSITEPREPAREDBYPIPPROCESSCandidate：HouYiweiSupervisor：Prof.JiaDechangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngi

3、neeringSchoolofMaterialsScienceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要碳纤维增强硅碳氮复合材料(Cf/SiCN)比强度高、比模量高、耐高温、抗氧化、耐磨损以及热稳定性好，是一种极具应用潜力的航空航天热结构材料。前驱体浸渍裂解(PIP)法是制备Cf/SiCN复合材料的主要方法，PIP法具有设备简单，

4、制备成本低，对环境无污染等优点。以聚硅氮烷HTT1800作为陶瓷前驱体，研究聚硅氮烷陶瓷前驱体的固化裂解机理；分别以3D针刺型碳纤维预制体和2D层叠碳纤维布作为增强体，探究不同裂解温度和浸渍、固化、裂解工艺循环次数对复合材料组织结构、力学性能、界面结合状况的影响，得到PIP法制备Cf/SiCN复合材料的最佳工艺参数；研究不同热震温差以及服役温度下复合材料的力学性能、组织结构以及微观界面状况。o聚硅氮烷前驱体经过溶剂及低聚物逸出(250C以下)、乙烯基加聚反应和脱氨oooo缩聚反应(250C~500C)以及无机化过程(500C以上)

5、，在温度达到900C时基本o完成无机化转变为非晶SiCN陶瓷，裂解温度升高到1100C以上时，陶瓷逐渐析o晶出β-SiC相。PIP法制备Cf/SiCN复合材料的最优工艺参数为固化温度为250C，o裂解温度为900C。采用3D针刺碳纤维预制体所制备的Cf/SiCN复合材料具有更好的致密度和力学性能，复合材料材料经6次浸渍、固化、裂解工艺循环，所得3到SiCN复合材料密度为1.60g/cm，开气孔率为19.0%，室温抗弯强度为75MPa，弹性模量为66GPa。oo热震温差从780C上升至1180C时，Cf/SiCN复合材料残留抗弯强度

6、保持率o由93.3%下降到14.6%，复合材料的断裂方式变为脆性断裂；热震温差达到980C以上时材料表面碳纤维完全氧化，残留大量孔洞，内部碳纤维氧化严重，部分纤o维与基体之间产生脱粘现象，材料性能退化；热震温差达到1180C时纤维完全被氧化，纤维氧化残留的孔洞开裂产生明显裂纹，使材料性能大幅退化。o复合材料高温抗弯强度随着温度增高呈下降趋势，温度低于800C时，复合o材料仍具有很高的强度；当温度达到1000C时，材料抗弯强度下降到35MPa，且呈现脆性断裂。随着温度增高，复合材料表面碳纤维氧化情况加剧，温度达到o800C以上时复合

7、材料表面碳纤维基本氧化消失，表面有大量空洞，无明显裂纹。温度升高复合材料内部纤维拔出现象减少，且纤维收缩与基体出现脱粘现象；服o役温度达到1000C时，复合材料内部碳纤维基本被氧化，剩余基体无明显开裂现象，使材料保留一定强度，但呈脆性断裂。o复合材料的热处理温度在1000C以下时，复合材料表面仍呈现SiCN非晶结o构，陶瓷基体结构稳定；当热处理温度达到1200C时，陶瓷基体被氧化，XRD-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图谱中出现α-方石英相衍射峰，使得陶瓷基体力学性能大幅下降。关键词：Cf/SiCN复合材料；PIP法；聚硅氮烷

8、；抗热震性能；高温抗弯强度-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractCarbonfiberreinforcedsiliconcarbonitridecompositematerial(Cf/SiCN)hashighspecificstr