碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的性能与微结构

碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的性能与微结构

孙银洁　　李秀涛　　宋　扬　　石晓斌　　许春来

（）航天材料及工艺研究所，先进功能复合材料技术重点实验室，北京　１０００７６

文　摘　利用前驱体浸渍、裂解方法制备了两种超高温陶瓷基复合材料，并对材料的力学性能进行了评获得了工艺过程中碳纤维、基体、界面价。采用ＳＥＭ、ＥＤＳ表征手段分析了材料复合过程中的微观结构特征，材料致密化周期减少，热处理时间缩短，对纤维的损伤减轻，能充分提高碳纤维特征及其变化规律。结果表明，

的强度利用率，从而提高材料的力学性能。

关键词　超高温陶瓷复合材料，碳纤维，前驱体，微观结构，性能

ＰｒｏｅｒｔｉｅｓａｎｄＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　　　　　　ｐ

ｉｈＴｅｍｅｒａｔｕｒｅＣｅｒａｍｉｃＭａｔｒｉｘＣｏｍｏｓｉｔｅｓＵｌｔｒａ－Ｈ　　　　ｇｐｐ

ＳｕｎＹｉｎｉｅｉＸｉｕｔａｏｏｎＹａｎｈｉＸｉａｏｂｉｎｕＣｈｕｎｌａｉ　　　Ｌ　　　Ｓ　　Ｓ　　　Ｘ　ｊｇｇ　

（Ｎ，ＡａｔｉｏｎａｌＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＣｏｍｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓＡｅｒｏｓａｃｅｅｒｏｓａｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｕｔｕｔｅ　　　　　　　　ｙｙｐｐｐ　　

，）Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆ＰｒｏｃｅｓｓｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏＢｅｉｉｎ０００７６ｏｆ　　　１ｇｇｙｊｇ　

Ａｂｓｔｒａｃｔａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｕｌｔｒａｈｉｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｅｒａｍｉｃｃｏｍｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｂｒｅａｒｅｄｒｅｃｕｒ　Ｃ　　　　　　　　　　－ｇｐｐｙｐｐｐ　

，ｍｒｏｌｓｉｓ．Ｔｈｅｓｏｒｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｔｒｉｘａｎｄｆｉｂｅｒ－ｍａｔｒｉｘｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｃｏｍ　　　　　　　　　　　　－ｐｙｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎａｌｓｉｓ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｏｆｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｃｈａｎｉｃａｌｏｓｉｔｅｓｒｏｃｅｓｓｉｎ　　　　　　　－ｍ－ｍｙｙｐｐｇ　

，，ｒｅｃｕｒｓｏｒｒｏｅｒｔｉｅｓｒｅａｒａｔｉｏｎｒｏｅｒｔｉｅｓｒｏｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄｂｔｈｅａｎａｌｓｉｓｏｆｔｈｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　　　　　　　　　　ｐｐｐｐｐｐｐｐｐｙｙ　ａｎｄｒｏｌｓｉｓｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｌｅｓｓｄｉｉｎｃｃｌｅｓａｎｄｔｉｍｅｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄａｍａｅｏｆｔｈｅ　　　　　　　　　　　　　　ｐｙｙｐｐｇｙｇ　ｆｉｂｅｒｓａｎｄｔｈｅｎｉｍｒｏｖｅｔｈｅｍｅｃｈｎｉｃａｌｒｏｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｈｉｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｅｒａｍｉｃｃｏｍｏｓｉｔｅｓ．ｃａｒｂｏｎ　　　　　　　　　　－　　　ｐｐｐｇｐｐ

，，，Ｍ，ＫｅｗｏｒｄｓｌｔｒａｈｉｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｅｒａｍｉｃｃｏｍｏｓｉｔｅＣａｒｂｏｎｆｉｂｅｒＰｒｅｃｕｒｓｏｒｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅＰｒｏｅｒｔｉｅｓ　Ｕ－　　　　ｇｐｐｐｙ　０　引言

随着宇航技术的飞速发展，一些高端太空飞行器

［］

特别是在超声速飞行的相关研究已经提上日程１－７，

器、再入大气系统和火箭推进系统等方面，对超高温

防热材料的需求更加迫切，因此，需进一步加强碳纤为其在未来飞行维增强陶瓷基复合材料的基础研究，

器中的应用奠定技术和理论基础。本文采用前驱体浸渍、裂解工艺制备了两类碳纤维增强陶瓷基复合材料，对其力学性能进行了评价，并结合材料复合过程基体及其界面的微观特征的变化，揭示材中的纤维、

料工艺—微观结构—宏观性能的关联性。１　实验１．１　原料

采用高强碳纤维Ｔ７００所制备的增强体碳毡织物。基体前驱体采用两种：一种含硅有机前驱体；另一种为含硅有机前驱体中掺杂难熔金属锆化合物的混合物。两种前驱体分别采用Ⅰ型和Ⅱ型前驱体来

收稿日期：２０１１－１０－０８

作者简介：孙银洁，博士，高级工程师，主要从事复合材料微结构的研究１９７５年出生，

所对应的复合材料也分别采用Ⅰ、表示，Ⅱ型复合材

。料来表示（下同）１．２　复合工艺

复合材料的制备采用液相浸渍工艺进行复合，对上述的增强体进行多次浸渍／裂解循环，最终使材料密度达到设定范围，浸渍裂解后经１８００℃以上高温　处理。

１．３　分析与表征

密度采用质量体积法进行测试。室温弯曲性能按Ｑ设备为美国ＭＴＪ２０９９—１９９１测试，Ｓｌｌｉａｎｃｅ　－Ａ／Ｒｆ１００电子万能试验机。材料微观结构采用英国ＣａｍＳｃａｎ公司产Ａｏｌｌｏ３００型场发射扫描电子显微　ｐ镜观察，加速电压２日本Ｅ０ｋＶ，ＩＫＯ公司产ＩＢ－３型离子溅射仪喷金制样。２　结果与分析２．１　材料性能

Ⅰ型和Ⅱ型复合材料的力学性能如表１所示。

：／／宇航材料工艺　　ｈｔｔｗｗｗ．ｈｃｌ．ｃｏｍ　　２０１１年　第６期ｐｙｇｙ—８１—