一、Cf/SiC復(fù)合材料的特點
Cf/SiC復(fù)合材料是指由碳纖維作為增強體,碳化硅作為連續(xù)基體的一類新型復(fù)合材料。Cf/SiC復(fù)合材料不僅具有高性能陶瓷的高強度、高模量、高硬度、耐沖擊、抗氧化、耐高溫、耐酸堿、熱膨脹系數(shù)小、比重輕等優(yōu)點,同時還克服了一般陶瓷材料的脆性大、功能單一等缺點,是公認的理想高溫結(jié)構(gòu)材料和摩擦材料之一。
二、Cf/SiC復(fù)合材料的主要應(yīng)用
1. 航空航天領(lǐng)域:
- 航空器件構(gòu)件:包括機翼、機身、尾翼等,能夠提供高強度、輕量化和耐久性能。
- 發(fā)動機部件:如渦輪葉片、噴口導(dǎo)向葉片等,要求具備高溫、高壓和抗腐蝕能力。
- 航天器零部件:如熱防護層、結(jié)構(gòu)件等,能夠在極端的高溫和高速環(huán)境中保持結(jié)構(gòu)完整。
2. 汽車工業(yè):
- 車身結(jié)構(gòu):使用Cf/SiC復(fù)合材料可以降低車身重量,提高車輛的燃油效率和操控性能。
- 剎車系統(tǒng):由于Cf/SiC復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐熱性和耐磨性,可以提供更好的剎車性能和耐久性。
- 排氣系統(tǒng):Cf/SiC復(fù)合材料能承受高溫和高壓,廣泛應(yīng)用于制造高性能排氣管。
3. 能源領(lǐng)域:
- 燃氣渦輪發(fā)電機:用于制造渦輪葉片,以提高發(fā)電機的效率和耐久性。
三、Cf/SiC復(fù)合材料的制備方法
目前,Cf/SiC復(fù)合材料的制備方法主要包括如下幾種:
1、化學(xué)氣相滲透沉積法(CVI):該方法是在高溫下通過硅有機物裂解產(chǎn)生的氣體沉積到預(yù)制體內(nèi)部形成Cf/SiC復(fù)合材料,其缺點是制備周期長,沉積陶瓷基體均勻性差,制備成本高。
2、先驅(qū)體浸漬裂解法(PIP):該方法是采用聚合物硅烷作為先驅(qū)體浸漬到多孔的纖維預(yù)制體中然后高溫裂解原位生成陶瓷基體,經(jīng)過多次處理最終得到Cf/SiC復(fù)合材料,其缺點是制備周期長,碳化硅在纖維上的附著力較差導(dǎo)致摩擦磨損過程中磨耗大。
3、熔融滲硅法(LSI):該方法是在高溫下將硅粉熔融,通過毛細作用滲透到碳纖維預(yù)制體中,然后與碳預(yù)制體中的熱解碳反應(yīng)生成碳化硅最終得到Cf/SiC復(fù)合材料。該方法簡單、快捷、成本較低,但存在著碳化硅顆粒粗大且分布不均勻,熔體硅不但與沉積碳反應(yīng)也與碳纖維反應(yīng)導(dǎo)致材料整體力學(xué)性能下降,且多余的硅影響Cf/SiC復(fù)合材料的穩(wěn)定性和高溫性能等缺點。
四、Cf/SiC復(fù)合材料工藝流程
氣相沉積工藝(CVI/CVD工藝)
氣相沉積+浸漬/裂解工藝(CVI+PIP工藝)
氣相沉積+滲硅工藝(CVI+LSI工藝)
五、Cf/SiC復(fù)合材料制備關(guān)鍵裝備
① 化學(xué)氣相沉積爐(碳CVI界面)
炭界面制備沉積爐主要用于碳纖維、碳化硅纖維及其編織預(yù)制件等的炭界面層制備。
② 化學(xué)氣相沉積爐(碳化硅CVI界面/CVD涂層)
碳化硅CVI/CVD沉積爐主要用于碳纖維、碳化硅纖維及其編織預(yù)制件等的碳化硅界面層/滲透增密制備。
③ 真空壓力浸漬固化爐(PCS浸漬)
真空壓力浸漬爐主要用于碳基、陶瓷基復(fù)合材料浸漬瀝青、樹脂、聚碳硅烷等材料的壓力浸漬工藝。
④ 真空裂解爐(PCS裂解)
真空裂解爐主要用于碳陶復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳化硅纖維的高溫裂解工藝。
⑤ 熔融滲硅爐(滲硅)
熔融滲硅爐主要用于碳碳復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料的液相滲硅陶瓷化處理。
六、頂立科技Cf/SiC復(fù)合材料熱工裝備技術(shù)特征
1采用多溫區(qū)獨立控溫,溫度均勻性好;
2采用智能壓力調(diào)控,沉積壓力波動?。?/span>
3采用頂立科技專屬超高溫、大電流引電技術(shù),能在高溫條件下長時間穩(wěn)定使用,也可采用感應(yīng)加熱方式;
4采用全封閉沉積室/馬弗室,密封效果好,抗污染能力強;
5采用多通道工藝氣路,流場均勻,無沉積死角,沉積效果好;
6采用多級高效尾氣處理系統(tǒng),環(huán)境友好,易清理。