航空发动机用连续SiCf∕SiC复合材料制备工艺及应用前景.pdf

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1、复合材料制备PREPARATIONFORCOMPOSITES航空发动机用连续SiCf/SiC复合材料制备工艺及应用前景1,21,21,2刘虎，杨金华，焦健（1.中国航发北京航空材料研究院先进复合材料国防科技重点实验室，北京100095；2.中国航发北京航空材料研究院航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室，北京100095）[摘要]介绍了连续碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料（SiCf/SiC）常见的3种制备工艺，即化学气相渗透（CVI）工艺、前驱体浸渍/裂解（PIP）工艺及熔渗（MI）工艺的不同特点，探讨了国外不同工艺制备的复合材料的基本性能，并简述了SiCf/SiC陶瓷基复合材料在航空发动

2、机上的应用情况，以期为该材料在国内航空发动机领域的发展提供一定的参考。关键词：陶瓷基复合材料；化学气相渗透；前驱体浸渍/裂解；熔渗DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.090[1-4]以为连续纤维、颗粒或者晶须。陶瓷温结构部件上。基复合材料体系非常宽泛，连续纤维增强陶瓷基复合材料的增强和增韧SiCf/SiC复合材料效果最为优异。现阶段研究较多的常见制备工艺是纤维增强碳化硅基复合材料，根据SiCf/SiC复合材料的制备工艺主纤维种类不同，又分为碳纤维增强碳要有3种：化学气相渗透（CVI）工艺、化硅（Cf/SiC）复合材料和碳化硅纤前驱体浸渍/裂解（PIP）

3、工艺及熔渗维增强碳化硅（SiCf/SiC）复合材料。（MI）工艺。3种工艺的区别主要在与其他材料相比，SiCf/SiC复于碳化硅基体的致密化方式不同，因合材料有以下突出特点：（1）耐高此，制备工艺可直接影响复合材料中温，该类材料的耐温能力主要由SiC碳化硅基体的微观结构及组成，进而[5]纤维的耐温能力决定，在无冷却结影响与基体相关的各项材料性能。刘虎构的条件下，第二代和第三代SiCCVI工艺是将气相前驱体（如甲工学博士,现为中国航发北京航空纤维为增强体的复合材料的长时基三氯硅烷）通入到反应炉中，反应材料研究院表面工程研究所工程师,主（千小时级）使用温度可分别达到气体扩散到多孔预制体内部，在

4、孔隙要从事航空发动机用陶瓷基复合材料1200℃和1350℃；（2）密度低，仅为表面裂解、沉积，生成致密SiC基体，的研究。32.0~3.0g/cm，为高温合金的1/3~1/4；反应式为CH3Si（Cl）3（g）→SiC（s）[6]（3）抗氧化，配合环境障涂层使用，+3HCl（g）。CVI工艺制备陶瓷基能够在高温，甚至是燃气冲刷环境复合材料工艺路线如图1所示。该陶瓷基复合材料（CMC）是指在保持较高的稳定性，使用寿命可达工艺的优点是制备过程中的反应温陶瓷基体中引入增强材料，形成以引到上万小时。因具有以上优异的特度较低（一般低于1200℃），对纤维的入的增强材料为分散相，以陶瓷基体性，该类材料

5、已部分取代高温合金损伤较小，SiC基体的纯度高、缺陷为连续相的复合材料，其中分散相可应用于航空发动机、燃气轮机等高少，因而复合材料的力学性能较高。90航空制造技术·2017年第16期复合材料制备PREPARATIONFORCOMPOSITES[15]主要涉及4个步骤：（1）预制体的制而缺点也同样明显，因为越接近预制合材料。N26-A型材料典型微观[16]备；（2）界面层的制备；（3）多孔体体孔内部，气体扩散的难度越大，传结构（图4）显示，其基体由CVI-质效率越低，故反应气体总是会优先SiC和PIP-SiC组成，并形成明显的的制备；（4）熔融渗硅处理。根据熔在预制体近表面裂解、沉积生成致密

6、边界，致密的CVI-SiC包裹在碳化硅渗过程中是否存在硅与碳的反应，基体，进一步堵塞了内部孔道，导致纤维表面并填满纤维束内部，厚度约又可分为反应熔渗和非反应熔渗两[7]较高的孔隙率。为提高复合材料20μm；PIP-SiC主要填充在纤维束间，种。各研究机构甚至同一机构不同[16]牌号产品所用的MI工艺流程也各的致密化程度，通常在沉积过程中需但PIP-SiC基体出现明显的裂纹。要对表面进行加工，打通内部孔道，MI工艺制备陶瓷基复合材料有不同。GE公司先后开发了料浆浇以得到较高致密度的复合材料。因此，该工艺制造周期较长、制造成本编织成CVI制纤维束预制体界面层较高，且不适合制造较厚的构件。尽管存

7、在这些不足，但CVI工艺成熟度较高，是最早实现发动机构件工程化应用的方法[8]。法国SNECMA公司致密表面CVI复合材料打磨沉积基体是该领域的先行者，采用该工艺制备了CERASEPA300系列、CERASEPR图1CVI工艺制备陶瓷基复合材料工艺路线A410、CERASEPRA415等多个牌号Fig.1CVItechniquerouteforceramicmatrixcompositepreparation[9-10]