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一文了解Cf/SiC复合材料应用与制备

发布时间:2023-08-15发布人:浏览:
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一、Cf/SiC复合材料的特点

Cf/SiC复合材料是指由碳纤维作为增强体,碳化硅作为连续基体的一类新型复合材料。Cf/SiC复合材料不仅具有高性能陶瓷的高强度、高模量、高硬度、耐冲击、抗氧化、耐高温、耐酸碱、热膨胀系数小、比重轻等优点,同时还克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能单一等缺点,是公认的理想高温结构材料和摩擦材料之一。


二、Cf/SiC复合材料的主要应用

1. 航空航天领域:

- 航空器件构件:包括机翼、机身、尾翼等,能够提供高强度、轻量化和耐久性能。

- 发动机部件:如涡轮叶片、喷口导向叶片等,要求具备高温、高压和抗腐蚀能力。

- 航天器零部件:如热防护层、结构件等,能够在极端的高温和高速环境中保持结构完整。

航空发动机.jpg

2. 汽车工业:

- 车身结构:使用Cf/SiC复合材料可以降低车身重量,提高车辆的燃油效率和操控性能。

- 刹车系统:由于Cf/SiC复合材料具有优异的耐热性和耐磨性,可以提供更好的刹车性能和耐久性。

- 排气系统:Cf/SiC复合材料能承受高温和高压,广泛应用于制造高性能排气管。

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3. 能源领域:

- 燃气涡轮发电机:用于制造涡轮叶片,以提高发电机的效率和耐久性。

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三、Cf/SiC复合材料的制备方法

目前,Cf/SiC复合材料的制备方法主要包括如下几种:

1、化学气相渗透沉积法(CVI):该方法是在高温下通过硅有机物裂解产生的气体沉积到预制体内部形成Cf/SiC复合材料,其缺点是制备周期长,沉积陶瓷基体均匀性差,制备成本高。


2、先驱体浸渍裂解法(PIP):该方法是采用聚合物硅烷作为先驱体浸渍到多孔的纤维预制体中然后高温裂解原位生成陶瓷基体,经过多次处理最终得到Cf/SiC复合材料,其缺点是制备周期长,碳化硅在纤维上的附着力较差导致摩擦磨损过程中磨耗大。

3、熔融渗硅法(LSI):该方法是在高温下将硅粉熔融,通过毛细作用渗透到碳纤维预制体中,然后与碳预制体中的热解碳反应生成碳化硅最终得到Cf/SiC复合材料。该方法简单、快捷、成本较低,但存在着碳化硅颗粒粗大且分布不均匀,熔体硅不但与沉积碳反应也与碳纤维反应导致材料整体力学性能下降,且多余的硅影响Cf/SiC复合材料的稳定性和高温性能等缺点。


四、Cf/SiC复合材料工艺流程

碳陶 陶陶复合材料工艺介绍.png


气相沉积工艺(CVI CVD工艺).png

气相沉积工艺(CVI/CVD工艺)


气相沉积+浸渍 裂解工艺(CVI+PIP工艺).png

气相沉积+浸渍/裂解工艺(CVI+PIP工艺)


气相沉积+渗硅工艺(CVI+RMI工艺).png

气相沉积+渗硅工艺(CVI+LSI工艺)


五、Cf/SiC复合材料制备关键装备

① 化学气相沉积炉(碳CVI界面)

1. 化学气相沉积炉(碳CVI界面).jpg

炭界面制备沉积炉主要用于碳纤维、碳化硅纤维及其编织预制件等的炭界面层制备。

② 化学气相沉积炉(碳化硅CVI界面/CVD涂层)

化学气相沉积炉(碳化硅CVI界面CVD涂层).jpg

碳化硅CVI/CVD沉积炉主要用于碳纤维、碳化硅纤维及其编织预制件等的碳化硅界面层/渗透增密制备。

③ 真空压力浸渍固化炉(PCS浸渍)

压力浸渍炉.JPG

真空压力浸渍炉主要用于碳基、陶瓷基复合材料浸渍沥青、树脂、聚碳硅烷等材料的压力浸渍工艺。

④ 真空裂解炉(PCS裂解)

真空裂解炉.jpg

真空裂解炉主要用于碳陶复合材料、陶瓷基复合材料、碳化硅纤维的高温裂解工艺。

⑤ 熔融渗硅炉(渗硅)

熔融渗硅炉(渗硅).jpg

熔融渗硅炉主要用于碳碳复合材料、陶瓷基复合材料的液相渗硅陶瓷化处理。


六、best365体育官网入口Cf/SiC复合材料热工装备技术特征

  1. 1采用多温区独立控温,温度均匀性好;

  2. 2采用智能压力调控,沉积压力波动小;

  3. 3采用best365体育官网入口专属超高温、大电流引电技术,能在高温条件下长时间稳定使用,也可采用感应加热方式; 

  4. 4采用全封闭沉积室/马弗室,密封效果好,抗污染能力强; 

  5. 5采用多通道工艺气路,流场均匀,无沉积死角,沉积效果好; 

  6. 6采用多级高效尾气处理系统,环境友好,易清理。

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